慧正資訊，从新加坡国立大学（nus.edu.sg）得到的消息，该校开发出两种新型氣凝膠，该两项新研究展示了氣凝膠如何为建筑物提供降温并保护免受电子设备发出的有害电磁波的影响。
新加坡国立大学机械工程系的副教授 Duong Hai-Minh（左二）及其团队——Goh Xue Yang（左一）、Nguyen Tan Luon（左三）和 Bai Tianliang（最右）——开发了用于辐射冷却（白色氣凝膠）和电磁波吸收（灰色氣凝膠）的创新氣凝膠。
氣凝膠以其多孔性和低密度著稱，是一種具有多種功能的固體材料——從在體重管理補充劑中吸收脂肪球到促進更可持續的金屬回收過程。傳統上，氣凝膠用于航空航天工業提供隔熱保護，而新加坡國立大學（NUS）的科學家們將這一材料提升到了新的水平，利用其獨特特性爲建築和施工、環境修複、藥物遞送，甚至服裝和紡織品等多個領域的應用提供價值。
在一项开创性工作中，由新加坡国立大学设计与工程学院机械工程系的副教授 Duong Hai-Minh 领导的研究团队开发了用于两种新应用的氣凝膠：辐射冷却和电磁波（EMW）吸收。
该团队利用塑料废料设计出薄膜氣凝膠，具有隔热和辐射冷却功能。这些氣凝膠可应用于建筑屋顶等任何表面，以降低内部温度，提供了一种可扩展且可持续的无能耗热管理解决方案。团队的研究成果于2024年5月15日发表在《Solar Energy》期刊上。
在另一項研究中，新加坡國立大學的研究人員設計了一種簡單且可擴展的方法，用于生産吸收X波段電磁波的氣凝膠。X波段是天氣監測和空中交通管制中使用的頻段。這些輕質且耐用的氣凝膠能夠防止電磁汙染，保護人類和敏感設備免受日益數字化世界中的電磁波影響。該研究于2024年1月10日發表在《Carbon》期刊上。
研究人员的工作建立在他们之前的成功基础上，开发了由多种废弃材料制成的氣凝膠，包括塑料、纸张和农业副産品（如菠萝叶）。
在這一演示中，白色氣凝膠將下方區域與周圍熱量隔離，同時通過輻射冷卻使該區域降溫，如圖所示，氣凝膠的上表面溫度低于熱水盆的溫度。
用于輻射致冷卻的氣凝膠
傳統的冷卻系統，如空調，耗能巨大，占全球建築用電的約20%。新加坡國立大學團隊開發的新型氣凝膠提供了一種被動冷卻替代方案，利用自然的輻射冷卻過程將熱量散發到太空，而無需消耗能源。
“这个过程涉及使用特别设计的氣凝膠，通过大气的‘天空窗口’发射红外辐射，有效地将表面温度降至环境水平以下，”副教授 Duong 说道。“我们很高兴能够将一次性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶中的纤维回收利用，用于为此目的设计的新型氣凝膠，以帮助应对全球塑料废物危机。”
该团队之前曾使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维生产氣凝膠，但最新的方法显著更具能效，能耗降低约97%，生产时间缩短96%。在与新加坡国立大学量子技术中心的 Dr. Jaesuk Hwang 合作进行的测试中，该材料在新加坡的温暖气候下，厚度为0.5厘米时产生了2摄氏度的冷却效果，这是通过向周围环境发射红外热量，同时表现出良好的隔热性能，从而防止周围环境的热量被吸收。
“这些氣凝膠可以减少住宅和商业建筑的能耗，特别是在需要降温的热带气候中，”副教授 Duong 补充道。
未來的研究將集中于將這些氣凝膠適應于不同氣候條件，並擴展其應用範圍，不僅限于建築隔熱，例如在工業過程中，液體循環管道的高效熱管理至關重要。
在這一演示中，被灰色氣凝膠保護的手機記錄到的WiFi速度顯著較慢，這表明該氣凝膠吸收了手機接收到的電磁波。
用于電磁波吸收的氣凝膠
在這一演示中，受到灰色氣凝膠保護的手機記錄到的WiFi速度顯著降低，這表明該氣凝膠吸收了手機接收到的電磁波。
現代電子設備會發出電磁波（EMWs），這些波會幹擾附近的設備並對健康造成風險，包括DNA損傷和癌症。因此，開發能夠有效吸收電磁波的材料以保護人類和基礎設施免受這些不良影響至關重要。其應用包括增強建築物的隱私和安全性，以及保護敏感的醫療設備。
为了解决这一需求，副教授 Duong 的团队开发了一种可扩展且环保的程序，以生产对电磁波吸收有效的新型氣凝膠。该过程涉及将三种主要成分——碳纳米管、聚乙烯醇和羧甲基纤维素——混合在一起，然后进行冷冻干燥。
这种氣凝膠厚度约为3毫米，约为40根人类头发的宽度，表现出令人印象深刻的电磁波能量吸收能力，达到99.99%。在整个X波段（8.2–12.4 GHz）电磁谱中，该氣凝膠始终显示出吸收90%电磁波能量的能力，X波段主要用于雷达系统、天气监测和空中交通管制。
“除了在X波段提供1.2–2.2 GHz的宽吸收带宽外，我们的氣凝膠重量也比现有的电磁波吸收复合材料轻约10倍，”副教授 Duong补充道。“与其他复合材料不同，我们的氣凝膠在使用前无需与重聚合物填料混合。”
研究人員估計，生産一平方米、厚度爲一厘米的氣凝膠的成本不到100新元。這一成本遠低于其他類似商業材料的價格，後者通常在180新元至1000新元以上。
展望未來，團隊計劃改進氣凝膠的機械性能，如柔韌性，以擴大其在各種建築和基礎設施項目中的適用性。研究人員還旨在進行實際測試，以全面評估氣凝膠在實際場景中的電磁波吸收能力。
文章來源：FUNction Device improves quality of life of patients with muscular dystrophy (nus.edu.sg)
