日韩合作研发双面散热器 可释放静止汽车的热量给汽车降温

盖世汽车讯 目前，如何通过温室效应将静止的汽车等封闭空间中的热量捕获，从而为其降温仍是一个挑战。据外媒报道，日本和韩国一组材料科学、工程和纳米结构学科学家提出一种用于冷却表面的双面散热器（JET）。研究人员在微图案石英基底应用了银聚二甲基硅氧烷（PDMS）层，即使JET被安装在外壳内部，此种材料都可以用于冷却空间。因此，该JET能够被动地减缓外壳内的温室效应，其表面冷却性能也与传统辐射冷却器相当。

图片来源：phys.org

目前的冷却技术基于蒸汽压缩和液流系统，但却消耗了全球近10%的能源，同时也加速了化石燃料的消耗。在1990至2018年期间，冷却太空所产生的二氧化碳排放量增加了2倍多，达1.13亿吨，同时臭氧层损耗和空气污染问题也在不断升级。地球可以通过被动热管理策略——辐射冷却，为自己降温，并且在不消耗能量的情况下，将不需要的热量排向太空。在白天，此种被动式辐射冷却器在与屋顶甚至人体皮肤等外部材料连接时，可以通过对流或传导吸收热量，实现低温冷却。不过，在静止的汽车等集聚了极热热量的物体中，此种冷却策略可能会无效。因为在温室效应下，透明车窗会让太阳辐射进入车内，同时不放出长波热辐射，从而让车内产生极端高温。在该项研究中，研究人员推出了一个双面散热器，在车辆顶部用作一个选择性散热器（SE），在车辆底部用作一个宽带散热器（BE），此种设计就可以高效地从汽车内部和表面吸收热量，同时顶部的散热器将热量散发到空间中时不会干扰到周围的辐射。

首先，科学家们设计了一个基于聚合物的选择性散热器，其中集成了假表面等离子体激元极化激元（sSPP），以实现尽可能理想的选择功能。然后，从理论上和实验上在两个表面展示了该款双面散热器的冷却性能，其与最先进的辐射冷却器非常像。该款JET作为一个有效的热通道，能够从车内和车底吸收宽带热辐射，同时利用顶部的散热器向空间中辐射红外（IR）波热量，与热水槽类似。该款散热器样品中含有聚二甲基硅氧烷层，100纳米厚的银层以及底部涂有10微米厚微图案石英基底聚二甲基硅氧烷层。JET将太阳能和环境辐射的干扰降至最小，底部的JET能够大量吸收车内的热辐射。在研究过程中，该团队计算了选择性散热器和宽带散热器的冷却功率和冷却温度。

虽然热传递主要通过对流在开放地区发生，但是该机制在有热源的封闭空间时的表现会有所不同。例如，尽管环境温度只有21摄氏度，一辆停放在阳光下的汽车的温度却可以达到60至80摄氏度，从而可能导致车内人员体温过高。在JET热辐射过程中，该款散热器可用作一个热通道，从外壳中吸取热量，从而显著改变车内区域的温度分布。JET可通过宽带吸收封闭区的热量，而高效地将温度下降，还能够通过车窗选择性地散热。

该研究团队利用铝金属和黑色皮革研发了一个实验模型，用于模拟静止车辆的内部和地板，并将其置于阳光下。他们在一个屋顶上进行了实验，并且在不同的天气条件下，连续四天在封闭空间中观察JET的卓越冷却性能。基于实验结果，该团队提议利用其它聚合物替代所使用的材料，以获得各种优势，包括将太阳能容量降至最低，增加热辐射，以提升整体的冷却性能。此外，JET的表面还具备防水以及自清洁功能。