麻省理工學院的研究人員現在已經開發出一種系統,可以幫助像藥品或新鮮農產品,在炎熱的環境中保鮮,而不需要電源。


大多數人不會想到在炎熱的夏天穿駝毛大衣,但事實上,許多沙漠居住的人確實傾向于穿厚重的外套。事實證明,一件駱駝大衣,或者一件外套,可以幫助減少水分的流失,同時讓足夠多的汗液蒸發,以提供冷卻效果。研究人員說,試驗表明,在相同的條件下,剃了毛的駱駝比沒有剃毛的駱駝多損失50%的水分。


受駝毛啟發 新型水凝膠材料,利用蒸發作用為食品保鮮


麻省理工學院工程師開發的新系統使用雙層材料來達到類似效果。這種材料的底層是由水凝膠組成的,水凝膠是一種凝膠狀的物質,主要由水組成,含有海綿狀基質,水分很容易蒸發。然后在上面覆蓋一層氣凝膠,通過阻擋外界熱量同時讓蒸汽起到類似于動物毛皮的作用。


水凝膠已經被用于一些冷卻應用,但現場測試和詳細分析表明,這種厚度不到半英寸的新型雙層材料,可以提供超過7攝氏度的冷卻,比水凝膠單獨冷卻時間長5倍。


今天,麻省理工學院博士后陸正茂、研究生Elise Strobach和陳寧欣、科學家尼古拉·費拉里斯和材料科學與工程系主任杰弗里·格羅斯曼教授在《焦耳》雜志上發表了這一發現。


研究人員說,該系統可以用于食品包裝,以保持新鮮,并為農民出售易腐作物開辟更大的分銷渠道。它還可以使疫苗等藥物在運送到偏遠地區時得到安全保管。除了提供冷卻外,純熱驅動的被動系統還可以減少貨物所經歷的溫度變化,消除可能加速變質的尖峰現象。


費拉里斯解釋說,這種包裝材料可以從農場或工廠,通過分銷鏈,一直到消費者家中,為易腐食品或藥品提供持續的保護。相比之下,依賴冷藏卡車或儲存設施的現有系統可能會留下空隙,在裝卸過程中可能會出現溫度峰值。他說:“僅僅幾個小時內發生的事情對一些易腐食品來說是非常有害的?!?


兩層體系所涉及的基本原料都很便宜——氣凝膠是由二氧化硅制成的,二氧化硅基本上是沙灘沙,價格便宜,儲量豐富。但制備氣凝膠的加工設備又大又貴,這一方面還需要進一步的發展,以擴大該系統的應用范圍。但至少有一家初創公司已經在開發這種大規模的加工工藝,用這種材料制造隔熱窗。


利用水的蒸發來提供冷卻效果的基本原理已經以一種或另一種形式使用了幾個世紀,包括使用雙鍋系統來保存食物。它們用兩個陶罐,一個在另一個里面,中間夾一層濕沙。水從沙子中通過外罐蒸發,使內罐冷卻。但是,像駱駝和其他沙漠動物那樣,將蒸發冷卻與隔熱層結合起來的想法,以前還沒有真正應用到人類設計的冷卻系統中。


水凝膠材料由97%的水組成,這些水逐漸蒸發掉。在實驗設置中,覆蓋5毫米氣凝膠的5毫米水凝膠層失去所有水分需要200個小時,而裸露水凝膠則需要40個小時。兩層材料的冷卻水平略低-與8 C(14.4 F)相比降低了7攝氏度(約12.6華氏度)-但效果持續的時間長得多。一旦水分從水凝膠中消失,材料便可以重新充水,因此循環可以再次開始。


尤其是在那些經常受到電力限制的發展中國家,這種材料可能會帶來巨大的好處。由于這種被動冷卻方法完全不依靠電力,因此為您提供了一條存儲和分配這些易腐產品的良好途徑。


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