EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？

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本集探討了一種名為MOCHI的新材料，其透明性和低導熱性使其成為建築節能的潛在解決方案。

EP.299 比玻璃還透明、卻幾乎不導熱？MOCHI 是什麼黑科技？ 採光、通風好是好房子的重要條件，所以透明的「玻璃窗」不可或缺，然而這可是個巨大的「能源漏洞」。由於玻璃的導熱性太好（大約是 800 mW K⁻¹m⁻¹，空氣則是 27 mW K⁻¹m⁻¹，差了 30 倍），夏天時會讓熱流入、冬天時會讓熱流出，為了維持室內的舒適，只好空調全開。平均而言，窗戶佔建築物表面積的 8%，但是傳遞了 50% 的熱量，也就是說，你為空調付的電費有一半是窗戶造成的。 想要解決這個問題，最直接的方式就是用水泥封掉所有的窗戶，保證節能又省電。但是人類總是貪心，想要「採光」與「節能」兼得，這個時候就需要一種「透明又絕熱」的新材料了。 美國科羅拉多大學與日本廣島大學的研究團隊，開發出了一種叫做「麻糬」（MOCHI）的新材料，解決了這個問題。它的全名是「Mesoporous Optical Clear Heat Insulator」（介孔透光絕熱材料）。它的導熱係數為 10 至 12 mW K⁻¹ m⁻¹，比空氣還低！而且 MOCHI 「比玻璃還透明」！因為它的折射率約 1.025～1.030，與空氣（1.0003）極為接近，折射率的匹配讓光線從空氣進出 MOCHI 時，幾乎不發生反射，表面反射率僅約 0.02%，遠低於玻璃（折射率 1.5）的約 8%。 這是怎麼做到的呢？MOCHI 是一種由聚矽氧烷（polysiloxane）製成的多孔隙材料，孔隙尺寸小於 50 奈米，比空氣的平均自由徑（mean free path，約 60 奈米）還要小。因此空氣分子在彼此撞到發生能量傳遞之前，就先「撞牆」了，因此大大抑制了熱傳導。 不只如此，MOCHI還可以當成新一代的「太陽能」！用它包覆能吸收太陽光並轉為熱能的「黑體」，由於 MOCHI 對可見光與近紅外線幾乎透明，可以將這個波段的光導入內部將黑體加熱，此時本來黑體會放出黑體輻射又散熱給環境，而 MOCHI 的主成分聚矽氧烷對數微米的熱輻射吸收率極高，加上 MOCHI 本身又是絕佳的絕熱材料，因此向外散熱的路徑全部被封死，能量只進不出，這不就是個完美的太陽能收集器嗎？實驗顯示，在沒有任何聚光設備的情況下，這個「MOCHI 包黑體」的裝置就能達到約 300°C 的高溫。即使在陰天，太陽能強度僅有平常的三分之一時，集熱效果依然顯著，以後冬天洗熱水澡就靠它了！ 好處還不只這些，MOCHI 防火、超疏水（不怕髒，類似「蓮花效應」）、堅固耐久、隔音降噪、抗冷凝不起霧。而且用的還是早就廣泛使用的工業材料！高貴不貴！…

People in this episode

Host: 傻呼嚕同盟

Topics covered

• 透明材料
• 熱絕緣
• 太陽能
• 建築節能
• 新材料科技

Keywords

• MOCHI
• 透明材料
• 熱絕緣
• 聚矽氧烷
• 太陽能

Mentioned in this episode

Organizations: 美國科羅拉多大學, 日本廣島大學

Products: MOCHI, 聚矽氧烷

Books & works: Science

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