房子也能穿上涼感衣? 清華大學研發「超冷奈米纖維」

記者季大仁/新竹報導 2023-08-25 07:00

房子也能穿上涼感衣嗎?清華大學醫工所教授萬德輝研究團隊向撒哈拉沙漠的銀蟻取經,研發出仿生材料「超冷奈米纖維」。將這種輕薄可彎曲、不易破損、抗紫外光且耐酸雨的纖維薄膜鋪在屋頂,就像是為建築穿上涼感衣,能讓室內降溫12度以上,大幅節省電費,節能減碳救地球。

萬德輝指出,撒哈拉沙漠銀蟻可在攝氏70度以上的沙漠中生存,主要因為身上有類似稜鏡的三角形體毛,可反射大部分的陽光,同時放射紅外光,達到降溫的功效。團隊從沙漠銀蟻的體毛得到靈感,深入研究各種材料、形狀、尺寸、顏色,透過先進光學工程技術,以陶瓷材料製成直徑約數百奈米的白色纖維,可以反射97%的陽光,達到最佳降溫效果。

萬德輝帶領學生,頂著艷陽在清華校內建築樓頂進行實驗,在模型小屋屋頂鋪上超冷奈米纖維薄膜,再以紅外光熱像儀測量溫度,可發現溫度即從攝氏50度降到了29度。炎夏汽車模型內的溫度動輒飆上60度,鋪上超冷奈米纖維薄膜後,也降溫了17度。

研究團隊發現,這種新型的陶瓷奈米纖維不僅能反射陽光,它吸入的熱能還會轉為紅外光,穿透大氣層的「大氣窗口」,輻射到極低溫的外太空,而不會蓄積在地表與大氣層內,就可以減緩溫室效應,為解決全球暖化問題帶來曙光。

萬德輝表示,超冷奈米纖維不僅可為建築物降溫,特別適用於綠建築,還可以應用在汽車、農業溫室、冷凍倉儲、大型資料中心及手機、電腦等消費性子產品,不需耗電就可以全天候散熱降溫。

這項由清華大學主導、與台大、陽明交大攜手組成團隊的研究成果今年2月登上國際頂尖期刊《Nano Today》(奈米今日),團隊目前也正為超冷奈米纖維申請12項國內外專利。

研發出白色不透明的超冷奈米纖維薄膜後,團隊進一步思考,能否研發出有類似功效、但卻像透明膠水的材料?因此再度研發出「超冷蠶絲薄膜」,塗在透明的窗戶、手機螢幕及太陽能電板上,也可以將熱能轉為紅外光輻射到外太空。

萬德輝表示,「超冷蠶絲薄膜」取自天然蠶繭,將纖維拆解後,改變微觀結構,再純化其中的絲素蛋白,就可形成均勻且透明的薄膜。經研究測試,鋪上超冷蠶絲薄膜的智慧手機可降溫攝氏5.1度,太陽能電池可降溫14度,大幅提升太陽能電池的效率及壽命。這項研究成果今年8月刊登在國際頂尖期刊《Advanced Functional Materials》(先進功能材料),並登上封面。

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