纳米材料可实现双模加热和冷却装置

杜克大学的工程师展示了一种用于建筑气候控制的双模式供暖和制冷设备，如果在美国广泛部署，则可以将HVAC能耗降低近20%。本发明使用力学和材料科学的组合来利用或排出某些波长的光。取决于条件，辊子来回移动片材以暴露一半上的热捕获材料或另一端上的冷却材料。一种特殊设计的纳米材料，一种材料吸收太阳的能量并捕获现有的热量，而另一种则反射光并允许热量通过地球的大气逸散并进入太空。

杜克大学机械工程和材料科学助理教授，项目负责人许宝春说：“我认为我们是第一个展示出可逆热接触的技术，它使我们能够在两种加热或冷却模式之间进行切换。” 。“这使得材料可以移动，同时仍与建筑物保持良好的热接触，从而带入热量或将热量散发出去。”

结果于11月30日在线发表在《自然通讯》杂志上。

在美国，约15%的能源消耗(全球范围内超过30%)用于建筑物的供暖和制冷，约占全球温室气体排放量的10%。但是，到目前为止，大多数减少碳足迹的方法都只涉及加热或冷却。这样一来，全世界的温带气候区就需要在一年之内(有时甚至需要在24小时之内)在寒冷的天气中进行采暖和制冷。Hsu和他的团队在新论文中演示了一种设备，该设备可以随着天气变化使我们保持舒适或凉爽。

经过特殊设计的板材以聚合物复合材料为基础，可以通过在其中通电来扩展或收缩。这允许设备与建筑物保持接触以传输能量，同时仍然能够脱离，以便滚轮可以在模式之间切换。

薄板的冷却部分有一层超薄的银膜，上面覆盖着一层甚至更薄的透明有机硅，它们像镜子一样反射太阳的光线。这些材料的独特性能还将能量转换为中程红外光并发出，这种红外光不会与地球大气中的气体发生相互作用，而很容易进入外太空。

当天气变化导致需要加热时，电荷释放，辊子沿着轨道拉动纸张。这将片材的冷却反射性一半换成吸热性一半。

为了加热下面的建筑物，工程师使用了一层超薄的铜，上面是一层锌-铜纳米颗粒。通过将纳米粒子制成特定尺寸并将它们隔开一定距离，它们与下方的铜发生相互作用，从而将光捕获到其表面上，从而使该材料吸收了超过93%的阳光热量。

Hsu和他的团队认为该设备可以与现有的HVAC系统一起使用，而不是完全替代。

休斯说：“我们可以使用水面板将热水或冷水带到热泵或锅炉系统中，而不是直接对建筑物进行加热和冷却。” “我还认为，如果进行额外的工程设计，它也可以在墙壁上使用，从而形成一种可切换的建筑围护结构。” 徐说。

向前迈进，团队正在研究设计的多个方面，以将其从原型发展为可扩展的制造方式。Hsu解释说，其中之一是对运动部件的长期磨损和专用材料成本的担忧。例如，他们将研究低成本铝是否可以替代白银，并且还在研究可通过化学方式而非机械方式转换模式的静态版本。

尽管遇到了许多障碍，Hsu相信这项技术将来可能会成为节能的福音。而且他并不孤单。

Hsu说：“我们已经在与一家公司合作，以确定部署该技术的理想位置。” “而且由于美国全年几乎每个气候区都需要同时供暖和制冷，因此这种双模设备的优势显而易见。”

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