能在火山地区生存的外来甲虫启发了新型冷却材料的诞生

一种能够在地球上一些最热的地方调节体温的甲虫是一项新研究的核心，对以环境友好的方式冷却从建筑物到电子设备的所有东西具有重大的潜在影响。德克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的研究人员与来自上海交通大学和瑞典 KTH 皇家理工学院的团队合作，发现并成功利用了一种长角甲虫的降温原理，这种甲虫能够冷却其身体，足以在东南亚的火山地区生存。

他们利用这些信息，以长角甲虫的翅膀结构为基础，使用普通的柔性材料制造了一种光子薄膜，这些材料机械强度高，可以大规模制造。这种薄膜是被动冷却的，这意味着它不会像我们用来降低汽车和建筑物温度的系统那样需要在过程中为其提供能量。这些发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

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2021-7-1 02:25 上传

这种薄膜用来作为物体顶部的涂层可以有广泛的用途。它可以被放在办公室和公寓楼的窗户上，以反射阳光并降低能源费用。它可以保护太阳能电池板不因持续的阳光照射而退化。它可以被包裹在汽车周围，使汽车在停放时保持凉爽。而且，它可以成为新型冷却织物、成为可穿戴设备和个人电子产品的关键成分。

美国能源信息管理局预测，到 2050 年，空调消费将大幅跃升 -- 住宅增长 59%，商业使用增长 17%。随着对更多冷却需求的上升，对一种不消耗大量能源或对环境造成压力的新解决方案的必要性也在上升。

长角甲虫的冷却能力实际上在以前就已经为人所知，但是什么让它在调节温度方面如此有效，仍然是个谜。研究小组发现，它翅膀上的三角形 " 绒毛 " 发挥了重要作用，在反射阳光的同时，也帮助排出体内的热量。

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这项研究的重点是甲虫的一个特定物种，Neocerambyx Gigas。它可以在泰国和印度尼西亚的活火山附近的炙热气候中生存，那里的夏季温度经常高达 40 摄氏度（105 华氏度），地面温度高达 70 摄氏度（158 华氏度）。当天气变热时，甲虫会保持静止，停止觅食，以避免因运动而吸收任何多余的热量。

该团队创建的薄膜由 PDMS 制成，这是一种灵活的、广泛使用的聚合物，同时还有一些高通量的陶瓷颗粒。由于所使用的普通材料和制造薄膜的简单过程，即所谓的微冲压。

很多时候，由于成本高和严格的制造要求，模仿生物学在更大范围内是行不通的。展望未来，研究小组正在努力进一步优化大规模生产的制造工艺。他们还将在几个领域寻求商业化机会，包括节能建筑、水冷却系统、热织物、沙漠露水收集装置和发电厂的补充冷却系统。