作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 这种新的气凝胶绝缘材料是高度透明的，能透射95%的光
在这张照片中，平行的激光束被用来使材料可见
学分:麻省理工学院 一种新开发的材料非常透明，几乎看不见，它可以释放太阳能的许多新用途
它产生的温度比传统太阳能收集器高得多——足以用于家庭取暖或需要200摄氏度(392华氏度)以上热量的工业过程
这一过程的关键是一种新型气凝胶，一种主要由空气组成的轻质材料，其结构由二氧化硅制成(也用于制造玻璃)
这种材料很容易让阳光通过，但会阻挡太阳热量的散失
麻省理工学院研究生赵琳的一篇论文在《美国化学学会纳米》杂志上描述了这些发现；伊芙琳·王，教授，机械工程系系主任；陈刚，卡尔·理查德·索德伯格电力工程教授；和另外五个人
王解释说，有效收集太阳热能的关键是能够让内部的东西保持高温，而外部却保持低温
一种方法是在玻璃层和深色吸热材料之间使用真空，这是许多聚光太阳能集热器使用的方法，但安装和维护成本相对较高
人们对寻找一种成本较低的被动系统来收集空间加热、食品加工或许多工业过程所需的较高温度水平的太阳能热一直很感兴趣
气凝胶是一种由二氧化硅颗粒制成的泡沫状材料，多年来一直被开发为高效轻质的绝缘材料，但它们对可见光的透明度通常有限，透射率约为70%
王说，开发一种制造气凝胶的方法是一个漫长而困难的过程，涉及几名研究人员大约四年时间，该气凝胶足够透明，可以用于太阳能集热
但结果是一种气凝胶，可以让超过95%的阳光透过，同时保持其高度绝缘的特性
使其发挥作用的关键在于制造气凝胶的不同材料的精确比例，这是通过将催化剂与含二氧化硅的化合物颗粒在液体溶液中混合，形成一种凝胶，然后干燥以排出所有液体，留下一种主要是空气但保持原始混合物强度的基质而制成的
他们发现，产生的混合物比传统气凝胶干燥得快得多，产生的凝胶颗粒之间的孔隙更小，因此散射光更少
在麻省理工学院校园的屋顶上进行的测试中，一种由吸热深色材料组成的被动装置覆盖了一层新的气凝胶，能够在剑桥的冬天达到并保持220摄氏度的温度，此时室外空气温度低于0摄氏度
安装在麻省理工学院屋顶的测试设备证明了这种新型绝缘材料的有效性
当放在阳光下时，该装置加热到220摄氏度
尽管当时外面的温度大约是零度
学分:麻省理工学院 这种高温以前只能通过使用聚光系统来实现，用镜子将阳光聚焦到中心线或中心点，但这种系统不需要聚光，使它更简单，成本更低
这有可能使它适用于各种需要更高热量的应用
例如，简单的平屋顶集热器通常用于家庭热水，产生大约80摄氏度的温度
但是气凝胶系统能够提供更高的温度，使得这种简单的系统也可以用于家庭取暖，甚至可以为空调系统提供动力
大规模版本可用于为化学、食品生产和制造过程中的各种应用提供热量
赵将气凝胶层的基本功能描述为“类似温室效应”
我们用来提高温度的材料就像地球大气层一样起到隔热的作用，但这是一个极端的例子
" 大多数情况下，被动集热系统会连接到装有液体的管道上，液体可以循环流动，将热量传递到任何需要的地方
或者，王建议，对于某些用途，该系统可以连接到热管，这种设备可以在不需要泵或任何移动部件的情况下远距离传热
因为原理本质上是相同的，基于气凝胶的太阳能集热器可以直接取代一些现有应用中使用的基于真空的集热器，提供了一种更低成本的选择
用来制造气凝胶的材料都很丰富，价格也不贵；这一过程中唯一昂贵的部分是干燥，这需要一种称为临界点干燥器的专门设备，以便进行非常精确的干燥过程，从凝胶中提取溶剂，同时保持其纳米级结构
因为这是一个批处理过程，而不是一个连续的过程，可以用于卷对卷生产，它可能会限制生产率，如果该系统扩大到工业生产水平
“扩大规模的关键是我们如何降低这一过程的成本，”王说
但即使是现在，初步的经济分析表明，该系统在某些用途上是经济可行的，特别是与基于真空的系统相比
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