人物 | 郑义教授荣登美国工程教育学会旗舰会刊PRISM

日前, 纳米热传输专家、美国东北大学纳米能源实验室主任、工业与机械工程副教授郑义, 荣登荣登美国工程教育学会旗舰会刊 PRISM 2022年冬季刊特别报道,   向全球的科技界分享了其在纳米节能领域的开拓性创新研究, 反响热烈。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

小编特此编译此文, 供科技爱好者们参考。👇‍‍‍‍‍‍

对气候变化影响的最可怕预测集中在未来的几十年—— 但全球变暖已经在开始造成损失。这个过去的夏天里，极端高温对全球公共交通系统造成了严重的破坏，尤其是在欧洲。道路软化，高速公路弯曲，轨道变形。仅仅在7月，英国卢顿机场就因高温导致的面板升起关闭了一条跑道；由于铁轨过热，伦敦和爱丁堡之间的一条主要火车线路关闭了几小时；由高温导致的速度限制导致纽约和费城之间的Amtrak服务长期延误。

交通网络并不是唯一面临风险的系统。因为人行道和建筑物吸收阳光并加热周围的空气，城市受到城市热岛的困扰。与边远地区相比，城市高热地区白天的温度最高可高上7华氏度，夜间最高可高上5华氏度，因而导致与高温相关的死亡和疾病。难以忍受的温度也刺激了对空调的需求增长。国际能源署估计，到2050年空调的使用量可能会增加至三倍，从而导致“我们这个时代最严重的能源问题之一”。空调和电风扇目前占全球用电量的10%。

工程师们正在解决这些问题。但解决方案通常需要付出代价或产生意想不到的效果。其中纳米热传输专家、美国东北大学纳米能源实验室主任、工业与机械工程副教授郑义的研究发明,  正因为符合了正在努力打造全美第一个清洁能效使用领先区域的马萨诸塞州和波士顿市的要求, 得到了界内好评, 并且获得波士顿市长吴弭的关注。

近几十年来，白色屋顶越来越受欢迎。更亮的建筑材料反射阳光，因此建筑物吸收的太阳热量较少，从而使内部温度保持较低。

虽然大部分热量从地球大气层反弹并最终返回地面，但波长在8到13微米间的红外辐射可以像水通过筛子一样穿过大气层并进入太空。“地球的大气层是不透明的，但它只对可见光不透明，”纳米热传输专家、东北大学工业与机械工程副教授郑义解释道。“它对红外线完全透明。” 

这种被认为是被动辐射冷却的效应在夜间自然发生。但是在白天，它会受到太阳的阻挡，产生的热量比射入太空的热量还要多。近年来，研究人员在可以使辐射冷却在白天工作的材料上取得了突破，即使是在阳光直射下。这些技术在吸收8-13微米波长范围内的红外线并将其释放到太空方面特别有效。

其中包括：郑义教授发明的“冷却纸”。应用于建筑物的屋顶，它可以使内部温度比外部温度低10华氏度。该纸不仅将阳光反射到建筑物之外，还从建筑物内部吸收热量“并将其辐射到宇宙中”。郑义说，这项技术可以减少对空调的需求，并将电力成本降低20-25%。在电力通常不可靠或不存在的发展中国家，它可以代替空调。

然而，冷却“纸”有点用词不当。它的第一代版本是一种由有机纸制成并涂有聚四氟乙烯的材料。但人们担心它会易燃，而且它不是非常坚固。新版本是一种坚固的无机纸状材料，由羟基磷灰石纺成，羟基磷灰石是一种用于骨骼修复和牙膏的无机纤维。它具有极好的防火和疏水性，可实现自我清洁。郑义说它也很容易制造，完全可回收，而且“一点也不贵”。他创建了一家新能源初创公司普兰克能源（Planck Energies），但他的发明还没有完全上市。郑义仍在研究如何在室外温度下降时关闭其冷却效果。他非常乐观因为他已经接近找到一种解决方案，可以在纸张中注入相变微粒，这些微粒可以起到智能开关的作用，因此当室外温度变低时，冷却纸会停止冷却并起到隔热作用。

各国正在制定多种减缓气候变化的战略，但目前的措施是否足以避免气候的破坏性影响越来越不确定。正如联合国秘书长安东尼奥·古特雷斯在3月份的经济学家可持续发展峰会上告诉与会者的那样，巴黎协议中最雄心勃勃的目标—— 与工业化前水平相比，将全球变暖控制在1.5摄氏度的变化之下—— “是在保障生命。它被着重关注着。”他说，即使是不太雄心勃勃的2摄氏度目标也可能难以实现，并警告说，如果不采取更紧急的行动，将会发生“气候灾难”。

即使国际社会实现了其中一个目标，我们仍将生活在一个更热的世界—— 美国国家海洋和大气管理局去年发布的全球气候报告测得的温度比20世纪平均高出0.84摄氏度（1.51华氏度）。随着全球变暖而来的是极端热浪、频繁的干旱和更强的风暴，所有这些都将继续影响我们生活的方方面面，从交通到住房。工程师们已经开发出一些技术来帮助我们应对这些变化。但随着地球温度持续上升，很明显他们的努力才刚刚开始。