研究人员分别调材料的颜色和热性能



材料的颜色往往能告诉你一些关于如何处理的热量。想穿着闷热的夏天的一天黑色衬衫 - 色素较深,温暖你可能感觉。同样地,越透明玻璃窗,越热它可以让通过。材料对可见光和红外辐射的反应往往自然地联系在一起。

聚乙烯的视觉性能和热性能可以被调整,以产生丰富多彩的膜具有广泛的热辐射能力。图片:菲菲弗兰克尔

现在MIT工程师们强,组织样聚合物材料,颜色和其中它们可以独立于其它的定制热性能的样品。例如,他们制造非常薄的黑膜设计为反射热和保持凉爽的样品。他们也已经制成的膜表现出的其他颜色的彩虹,每个由以反射或吸收,无论它们对可见光的反应方式的红外辐射。

研究人员可以具体地调整这种新材料的颜色和热性能以适应范围广泛的应用,包括色彩鲜艳,热反射建筑外墙,窗户,和屋顶主机的要求;光吸收,散热覆盖太阳能电池板;以及用于服装,外衣,帐篷,背包轻型织物 - 所有设计用来捕获或反射热量,这取决于它们将被使用的环境。

“用这种材料,一切都可能显得更加丰富多彩,因为这样你就不会关心确实给的,比如热平衡,建筑物,或窗口,或者你的衣服是什么颜色,说:”斯韦特兰娜boriskina,研究科学家在机械工程的bt365手机的部门。

boriskina是研究报告的作者今天出现在杂志 光学材料表达,概述了新材料工程技术。她的bt365手机共同作者是路易斯·马塞洛·洛萨诺,seongdon红,黄奕,哈迪zandavi,阳一郎tsurimaki,加味周,燕飞徐和陈刚,电力工程的卡尔·理查德·索德伯格教授,与亚辛AIT EL aoud和理查德·奥斯古德沿第三,无论是作战能力的发展命令士兵中心,马萨诸塞州Natick郡。

聚合物导体

对于这项工作,boriskina由鲜明的色彩在彩色玻璃窗,其中几个世纪已经通过添加金属和其它天然色素的颗粒玻璃制成的启发。

“然而,尽管提供出色的视觉上的透明,玻璃有许多限制作为材料,” boriskina笔记。 “这是笨重,不灵活的,脆弱的,不会扩散热好,显然是不适合佩戴式应用。”

她说,虽然这是比较简单的定制玻璃的颜色,材料的热反应是很难调整。例如,玻璃面板反映室温热和陷阱它在室内。此外,如果有色玻璃从特定的方向暴露于入射太阳光,来自太阳的热量可以创建一个热点,这是难以在玻璃消散。如果像玻璃的材料不能导热或散热孔,使得热量会损坏材料。

同样可以说,对于大多数塑料,它可以在任何颜色被工程化,但是在大多数情况下是热吸收剂和绝缘体,浓缩和俘获热而不是反映它扔掉。

在过去的几年里,陈的实验室一直在考虑如何操纵灵活,轻便高分子材料来进行,而不是隔离,热,多为电子应用。在以往的工作中,研究人员发现,通过仔细地拉伸聚合物,如聚乙烯,他们可以在某种程度上也改变了它的热传导性能改变材料的内部结构。

boriskina认为这技术可能不只是制造基于聚合物的电子有用,而且在建筑和服装。她适于此聚合物制造技术,增加颜色的扭曲。

“这是很难开发一种新材料,它在所有这些不同的属性,”她说。 “通常,如果你调一个属性,另一个被摧毁。在这里,我们开始与在该组中发现的一个属性,然后我们创造性地增加了一个新的属性。一起它可以作为一个多功能的材料“。

热点一直延伸

以制造多彩膜,该球队开始与聚乙烯粉末的化学溶剂的混合物中,向其中加入他们某些纳米颗粒,得到薄膜所需的颜色。例如,为了使黑膜,它们加入硅颗粒;其他的红色,蓝色,绿色和黄色薄膜进行添加各种商品染料制成。

球队然后附着每个纳米颗粒包埋的薄膜在辊对辊装置,其加热到软化薄膜,使得它更柔韧的研究者认真拉伸材料。

因为它们拉伸各膜中,他们发现,勿庸置疑,该材料变得更加透明。他们还观察到,聚乙烯的微观结构发生变化,因为它拉伸。其中通常材料的聚合物链类似于杂乱无章纠结,类似于煮熟的意大利面条,拉伸时这些链理顺,从而形成平行的纤维。

当研究人员放置在太阳模拟器下各样品 - 模仿阳光的可见光和热辐射的灯 - 他们发现了更多的伸出膜,越热它能够消散。长,平行的聚合物链基本上提供沿着该热可以旅行的直接路由。沿着这些链,热,在声子的形式,然后可以从它的源拍摄之外,在一个“弹道”时尚,避免热点的形成。

研究人员还发现,他们少拉伸材料,所述多个绝缘它是,捕集热,并形成聚合物缠结内的热点。

通过控制到材料被拉伸的程度,boriskina可以控制聚乙烯的热传导性能,而不管材料的颜色。她还精心选择了纳米粒子,不只是他们的视觉色彩,而且还通过他们与无形的辐射热的相互作用。她说研究人员可以潜在地使用该技术,以产生薄的,柔性,色彩艳丽的聚合物膜,可传导或热绝缘,这取决于应用。

展望未来,她计划推出一个网站,提供算法来计算材质的颜色和热性能的基础上,其尺寸和内部结构。

除了薄膜,她的组现在正在上制造纳米颗粒包埋的聚乙烯螺纹,其可被拼接在一起以形成轻质服装,设计成任一绝缘,或冷却。

“这是电影的因素,但是我们正在努力成纤维和织物,” boriskina说。 “聚乙烯是由数十亿吨产生,并且可以回收再利用,也。我看不出有任何显著阻碍大规模生产“。

这项研究得到了支持,部分由作战能力的发展上指挥士兵中心。