想象一下这样一个装置，它可以在晴朗的一天里坐在外面的烈日下，不用任何动力就能冷却超过23华氏度(摄氏13度)的物体。这听起来几乎像魔法，但麻省理工学院和智利的研究人员设计的新系统就能做到这一点。
无电冷却系统
这种没有移动部件的装置是通过一种叫做辐射冷却的方法工作的。它阻挡阳光进入，阻止它加热，同时有效地辐射红外光--它本质上是热量--直接射入天空，进入太空，使设备明显地冷却在周围的空气温度以下。
这个简单廉价的系统的关键是一种特殊的绝缘材料，它是由一种叫做气凝胶的聚乙烯泡沫制成的。这，这个轻质材料它看起来和感觉有点像棉花糖，阻挡和反射可见的阳光，这样它们就不会穿透它。但是它对携带热量的红外线是高度透明的，允许它们自由地向外通过。
今天在期刊上的一篇论文中描述了新的系统。科学进步作者：麻省理工学院研究生Arny Leroy，机械工程学教授兼系主任Evelyn Wang，以及麻省理工学院和智利天主教天主教大学的其他7人。
例如，Leroy解释说，这种系统可以被用作防止蔬菜和水果变质的一种方法，可能会使农产品保持新鲜的时间增加一倍，在没有可靠制冷电源的偏远地区。
最小化热增益
辐射冷却是大多数热物体冷却的主要过程。它们发射的是中程红外辐射，因为空气对红外光非常透明，所以将热能从物体直接送入太空。
这款新设备是基于王和其他人一年前展示的一个概念，该概念也使用辐射冷却，但使用了一种物理屏障--一条狭长的金属条--来遮挡直接阳光照射下的设备，以防止其加热。该装置工作正常，但由于其高效的绝缘层，它提供的冷却功率还不到新系统的一半。
“最大的问题是绝缘，”勒罗伊解释道。阻止早期设备实现更深冷却的最大热量输入是来自周围空气的热量。“你如何保持表面的寒冷，同时又允许它辐射？”他很好奇。问题是，几乎所有的绝缘材料都很擅长阻挡红外光，因此会干扰辐射冷却效果。
GailE.Kendall机械工程教授王说，已经有很多关于如何减少热损失的研究。但这是一个不同的问题，得到的关注要少得多：如何减少热量的增加。“这是一个非常困难的问题，”她说。
无电冷却系统
这种解决办法是通过一种新型气凝胶的研制而来的。气凝胶是一种重量轻的材料，主要由空气组成，具有很好的隔热性能，其结构由一些材料组成的微观泡沫状结构组成。该小组的新见解是用聚乙烯制成气凝胶，聚乙烯是许多塑料袋中使用的材料。其结果是一种柔软、粗糙、白色的材料，它是如此轻巧，以至于给定的体积重量仅为水的1/50。
它成功的关键在于，虽然它阻挡了90%以上的阳光，从而保护了下面的表面不受加热，但它是非常透明的。红外光允许大约80%的热射线自由地向外传播。“当我们看到这种材料时，我们非常兴奋，”Leroy说。
其结果是，它可以显着地冷却一个板，由金属或陶瓷等材料制成，放置在绝缘层下面，这被称为发射器。然后，这个盘子可以冷却一个与其相连的容器，或冷却通过与其接触的线圈的液体，为产品、空气或水提供冷却。
对设备进行测试
为了检验他们对其有效性的预测，该小组和他们的智利合作者在智利的阿塔卡马沙漠建立了一个概念证明装置，其中的一部分是地球上最干燥的土地。他们几乎没有降雨，然而，就在赤道上，他们得到了炽热的阳光，这将使这个装置受到真正的考验。在太阳正午充分的阳光照射下，这个装置达到了13摄氏度的冷却温度。麻省理工学院在马萨诸塞州剑桥的校园里也进行了类似的测试，达到了10度以下的冷却温度。
研究人员说，这种冷却方式足以在保存偏远地区的农产品方面产生重大影响。此外，它还可用于为电力制冷提供一个初始冷却阶段，从而使这些系统的负荷最小化，使它们能够以较低的功率更有效地运行。
研究人员说，从理论上讲，这样的装置可以降低多达50摄氏度的温度，因此他们正在继续研究进一步优化该系统的方法，以便将其扩展到其他冷却应用领域，如建筑空调，而不需要任何能源。辐射冷却已经与一些现有的空调系统结合起来，以提高效率。
不过，它们在直接阳光下的冷却量已经超过了使用真空系统进行绝缘的任何其他被动辐射系统--这是非常有效的，但也是笨重、昂贵和脆弱的。
这种方法也可以是任何其他冷却系统的低成本附加，提供额外的。冷却来补充一个更传统的系统。“不管你有什么系统，”勒罗伊说，“把气凝胶放在上面，你就会得到更好的性能。”
没有参与这项工作的普渡大学(PurdueUniversity)电气和计算机工程学副教授彼得·伯梅尔(PeterBermel)说，“与以前的一些实验相比，这里介绍的聚乙烯气凝胶的主要潜在好处可能在于它的相对紧凑性和简单性。”
他补充道：“在性能(如温度变化)、成本和单位面积重量等方面，将这种方法与一些替代方法进行定量比较和对比可能是有帮助的，比如聚乙烯薄膜和角度选择阻塞。如果进行比较，实际效益可能是显著的，而且成本/效益权衡对这些气凝胶非常有利。”
