看起来似乎很奇怪,但是骆驼的厚皮毛有助于在炎热的沙漠中保持凉爽。动物在外面太热时会出汗,并且随着汗液蒸发或从液体变为气体,它们的皮肤会冷却。皮毛使汗水缓慢蒸发,从而使动物在较长时间内保持凉爽。杰弗里·格罗斯曼说:“如果没有皮草,它出汗的速度就会太快,并且会耗尽水,这对骆驼来说是非常宝贵的资源。”他是一名工程师,在麻省理工学院工作。格罗斯曼想知道他是否可以制造出像骆驼的汗水和皮毛一样的材料,并保持物品凉爽而又不需要更多的能量,例如电力。他研究了这个问题,并于2020年11月在科学期刊上发表了有关该问题的研究。这种新材料可用于在可能无法冷藏的地方冷藏食品和医疗用品。
技术是如何制造的,为了制造这项技术,格罗斯曼将两种不同的材料层叠在一起。新材料的底层由水凝胶制成,水凝胶是一种主要由水组成的凝胶。当水从水凝胶蒸发时,它会冷却其上的表面,类似于汗液如何冷却皮肤。顶层是气凝胶,它是一种主要由空气制成的固体材料,带有许多孔且密度很低。气凝胶由二氧化硅(沙子的主要部分)制成。该材料不会吸收水凝胶中的水。相反,气凝胶中的小孔让水蒸气在从水凝胶蒸发时通过。这使水凝胶下的表面长时间保持凉爽。气凝胶的作用就像骆驼的皮毛,可以防止水凝胶升温太快并减慢蒸发速度。格罗斯曼说:“通过以正确的方式设计气凝胶,基本上可以防止水蒸发太快,但不能完全蒸发。”格罗斯曼说,如果气凝胶层太薄,就好比“在骆驼上嗡嗡作响”,将无法保护水凝胶不受周围热量的影响。如果气凝层太厚或没有足够的孔,则水凝胶的水不会蒸发,该技术将失去其冷却能力。
衡量技术表现为了衡量分层方法的执行效果,他的团队将系统放置在一个控制湿度的室内,湿度是空气中的水蒸气量。该室保持在摄氏30度(华氏86度)。在这些层的下面是一个热传感器,该传感器随时间监测水凝胶下方的温度。该团队将他们的创造与单层未发现的水凝胶进行了比较。在水凝胶的表面,两个系统的温度下降幅度大致相同,但决斗层使该冷却能力保持更长的时间。 他发现,分层材料将冷却时间延长了400%。格罗斯曼谈到漫长的冷却时间时说:“我不认为我们可以达到接近相同的冷却功率并走得那么远。”科学家以前曾使用水凝胶来冷却表面。格罗斯曼说:“但是,还没有做的就是在材料的顶部添加另一种具有特定用途的材料。”
该技术的潜在应用虽然水凝胶和气凝胶并不新鲜,但是以这种方式将它们结合起来是。由于该材料允许光线通过,因此可以在窗户等表面上使用。科学家在使用该技术冷却耗材和建筑物之前仍需要进行更多研究。一旦所有水从水凝胶中蒸发掉,材料便不再冷却其上的表面。骆驼可以简单地出汗以增加皮肤的水分,但是凝胶需要补充水分。例如,如果这种类型的系统可以用雨水或冷凝水恢复,则其冷却能力将是无限的。