通常安裝在室外的裝置，夏天酷熱的天氣裡，會由於氣溫影響和太陽照射而變得燙手。然而現在出現了這樣一套裝置，無需使用任何電源，就可以將物體降溫超過13攝氏度。這聽起來幾乎像科幻小說中的魔法，但卻在現實之中實現了，它是由麻省理工學院和智利的研究人員設計的新冷卻系統。

該裝置沒有可移動的部件，其工作過程專業術語稱之為輻射冷卻。它可以阻擋入射的Sunny，防止其被加熱，同時還能夠有效地發出紅外光，本質上是熱能輻射。紅外光會直接升入天空然後進入太空，這樣的過程就會使裝置的溫度大大低於周圍的空氣溫度。

這套簡單廉價的系統的關鍵是，採用了一種特殊的名為氣凝膠的聚乙烯泡沫絕緣材料。這種輕質材料看起來和摸起來都有點像棉花糖，它能阻擋和反射太Sunny中的可見光，使它們無法穿透物體。但是它卻對攜帶熱量的紅外線高度透明，允許它們自由地向外傳遞。

2019年10月30日《科學進展》雜誌發表了該研究，詳細介紹了該系統。來自麻省理工學院的研究生阿尼勒羅伊、機械工程教授和系主任伊芙琳王、以及麻省理工學院和智利天主教大學的其他七人共同完成了該項研究。那麼這樣的冷卻系統可以應用在哪些領域呢？它可以用來防止蔬菜和水果腐爛，從而使農產品保持新鮮的時間增加一倍，比較適合沒有可靠的製冷電源的偏遠地區。

輻射冷卻是大多數熱的物體用來冷卻的主要過程。它們發射出中程的紅外輻射，將物體的熱能直接送入太空，因為空氣對紅外線高度透明。新裝置是基於伊芙琳王和其他人一年前所做的概念演示，當時的系統設計中使用了輻射冷卻，但卻使用了物理屏障：用一個狹窄的金屬條，幫助裝置遮擋Sunny直射，進而達到防止它升溫的效果。該裝置雖然工作正常，但它提供的冷卻功率還不到採用高效隔熱層的新系統的一半。

早期冷卻裝置想要實現深度冷卻面臨的最大問題就是如何防止周圍空氣熱量的輸入，它們面臨的最大問題是隔熱。幾乎所有的隔熱材料都具備阻擋紅外線的特點，因此會干擾散熱效果。關於如何減少熱量損失的方法之前已有很多研究，但是關於如何最大程度地減少熱量獲取卻研究甚少，因此這對於研究人員來說是一個挑戰。

解決方案是通過開發新型氣凝膠來解決的。氣凝膠是一種輕質材料，主要由空氣組成，具有很好的隔熱性，其結構由某些材料的類似泡沫的微觀結構組成。研究團隊的新想法是用聚乙烯製成氣凝膠，聚乙烯材料在許多種塑料袋中使用。於是他們開發出了一種輕柔，溼軟的白色材料，它的重量極輕，特定體積的重量僅為水的1/50。

如圖：左邊顯示新的絕緣材料塊，可以反射可見光。右邊在紅外線下，材料是透明可見的。

這種材料成功的關鍵在於，它阻擋了超過90%的入射Sunny，從而保護下面的表面免於加熱的同時，它還對紅外線非常透明，允許大約80%的熱射線自由地向外傳遞。這樣的特性讓研究人員特別興奮。試驗結果表明，它可以顯著地冷卻放置在隔熱層下方的金屬或陶瓷材料製成的板。然後這塊排放板可以冷卻一個連線到它的容器，或冷卻與它接觸的線圈中的液體，從而為農產品、空氣或水提供冷卻。

為了測試他們對該系統有效性的預測，麻省研究團隊和他們的智利合作者在智利的阿塔卡馬沙漠建立了一個概念驗證裝置。那裡是地球上最乾旱的地方，全年幾乎沒有任何降雨。由於地處赤道，沙漠中接收到的強烈Sunny可能會讓該裝置面臨真正的考驗。

該裝置在中午Sunny充足的情況下成功實現了13攝氏度的冷卻效果，此前研究人員在麻省理工學院位於馬薩諸塞州劍橋市的校園裡進行過類似的測試，冷卻溫度近10度。

研究人員表示，從理論上講,這種裝置可以實現多達50度的溫度下降, 他們正在繼續研究進一步優化系統的方法,以便它可以擴大到其他冷卻應用，例如建築空調，而不再需要任何電源供應。

輻射冷卻已經應用在一些現有的空調系統，以提高它們的效率。目前13度的冷卻效果足以讓農產品在偏遠地區的保鮮效果發生顯著變化。此外它可以用來為電力製冷提供一個初始的冷卻階段，從而使這些系統的負載最小化，使它們能夠以更少的電力更有效地執行。

與使用真空系統進行隔熱的被動式輻射系統相比，該發明已經在直射Sunny下實現了更大程度的冷卻，雖然還有一種用於隔熱的真空系統非常有效，但缺點也很明顯：很笨重、昂貴和不結實。採用聚乙烯氣凝膠的主要潛在優勢在於其相對緊湊和簡易可行。

參考：https://news.mit.edu/2019/system-provides-cooling-no-electricity-1030