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用阳光冷却房子

2020-09-10

奇闻怪事 2020年7期
关键词:激发态基态内层

粗粗一听,似乎是天方夜谭。阳光照射只会让房子更加炎热,怎么还能冷却呢?

别急,这需要用到一种高科技涂料。虽然涂料分子会吸收太阳光的光子,但与此同时,又会自发地发射能量更高的光子;既然发射的能量比吸收的多,温度自然就降下来了。

其实,这项技术借鉴了激光冷却的工作原理。人类目前所达到的最低溫度,是通过激光冷却实现的。实验室用激光冷却,降温幅度可达150℃。

据说,这款涂料的发明者最初也想用激光冷却。不过,在你家屋顶安装一台激光器显然并不现实,所以他们想把材料做成在阳光下也能工作。可是又遇到一个问题:太阳光的波长范围显然比激光要宽很多。换句话说,比起激光来,太阳光的纯度太差。

最后,他们攻克了这个难关。他们研制出的这种涂料,分外层和内层。外层可把一些波长的太阳光过滤掉,相当于提高了纯度;内层则能吸收太阳光光子,并发射能量更高的光子;这样就能把自身冷却到低于环境温度。

你或许会问:内层材料为什么吸收了太阳光子后,反而能发射能量更高的光子?能量岂不不守恒了?

道理是这样。内层材料的分子按能量从低到高有这样三个能级:能量最低的基态能级A,能量次高的激发态能级B,能量最高的激发态能级C。当材料分子从周围环境中吸收热量之后,从基态能级A跳到了激发态能级B。激发态能级B吸收了太阳光光子之后,又跳到了激发态能级C。但激发态能级C是不稳定的,它自动发射一个光子后,返回到基态A。它所发射的光子能量是C、A两个能级之差,所以能量自然要比吸收的光子高。材料分子回到基态之后,又吸收周围的热量……把上述过程重演一遍。这样,周围的热量不断被吸收,然后持续以光子的形式发射出去,起到了冷却的作用。

该涂料已经在实验室通过了测试。只要有太阳光照射,它就能持续地冷却。屋顶使用了这种涂料之后,与没用涂料相比,最頂层可降低10℃。不过,它并不便宜,100平方米的涂料成本需要300美元。

该涂料还可以用在太空上。你或许会说,太空已经够寒冷的了,用得着吗?确实,在太空中没有热量来源的地方是很冷的,但本身发热的东西却会变得奇热。这是因为太空中没有空气对流,热量不容易散发出去,光靠热辐射散热是很缓慢的。比如为了散热,国际空间站使用反光布来抵挡太阳辐射,而在内部,则用热交换器把电子设备产生的多余热量排出去。但如果在空间站外表敷上一层这种涂料,那就可以直接用太阳光来冷却内部设备了。

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