這個地球，承受了太多了苦難！
那個叫后羿的人射掉了九個太陽，成千上萬年以來，還是擋不住全球平均溫度的不斷升高。世界上已有約三分之一的人口經歷了產生熱應激的條件，建筑工人和農場工人死于高溫的風險分別是其他工人的13倍和35倍。隨著這一趨勢的加劇，世界人口正流向城市，而城市往往比農村熱，而且全球許多人口正在老齡化和日趨沉重，這些條件增加了與熱相關的傷害風險。
無論是越來越大的數據中心和新技術的散熱，還是人類對舒適度以及避免緊急醫療情況的追求，設計新材料，開發新技術來讓地球降溫，都是全人類迫在眉睫的需求。
目前，住宅和工業制冷基礎設施的動力源主要來自蒸氣壓縮系統。這些系統依賴于壓縮氣體，然后釋放到大氣中，這其中的許多氣體會導致溫室效應。隨著地球變暖，在不增加溫室氣體排放的情況下保持涼爽將是一個長期挑戰，新材料和新技術有望實現這一目標。
制冷新技術
為了尋找替代技術，多年來，科學家開發了一系列新材料和新技術，其中一個頗具特色的冷卻策略是使用以紅外線輻射形式調節熱量的材料。
被動式輻射冷卻材料利用大氣窗口，使紅外輻射將熱量散發到太空中。當部署在屋頂上時，這些系統在白天可以使建筑物溫度降低幾度。同樣，也可以對紡織品進行設計，以便熱量可以更有效地通過紡織品散發，使人們在更高的溫度條件下感覺更加舒適。
有鑒于此，最新一期Science組織了一個關于新型制冷技術的特刊，連續刊發8篇相關文章，包括1篇縱論，1篇新聞，3篇述評和3篇綜述?，F對6篇述評和綜述作簡要介紹，希望對相關領域的研究人員有所啟發。
1. Science綜述：神奇的熱量材料
1802 年，約翰·高夫（John Gough）發現彈性熱量效應（elastocaloric effect），亦即某些材料在外部觸發因素下，如拉伸、擠壓、磁場或電場等，會產生溫度的變化，這種材料被稱為熱量材料。
幾十年來，這些不同的熱量鏈被統一起來，形成了一個專門的研究領域，通過產生用于冷卻和加熱的更好的熱泵，熱量材料可以為氣候變化提供極大幫助。本綜述具體討論了基于熱量材料制冷和制熱的原理，新材料和新技術的前世今生和未來挑戰。
簡要地說，只要積壓或者拉伸這些材料，就能實現溫度的降低和升高。理論上，基于熱量材料，有望為環保冰箱和空調等制冷設備的制造，帶來革命性突破！
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/797
2. Science綜述：用于蒸汽壓縮制冷的新制冷劑和系統配置
基于蒸汽壓縮循環的冷卻設備中，當前制冷劑為全球變暖帶來了巨大困擾。尋找并實施對環境無害的替代品，是解決燃眉之急的關鍵。本文回顧了蒸氣壓縮循環的基本原理，以及導致當前和下一代制冷劑的安全性，環境和熱力學的約束。
新流體的開發集中在氫氟烯烴（HFO）的氟化烯烴以及含有HFO的共混物上。其中許多都是輕度易燃的，因此在安全和環境因素之間進行了權衡，工程師還可以選擇重新使用“天然制冷劑”（氨，二氧化碳，丙烷和異丁烷）。除此之外，創新系統設計可以有效減少所需制冷劑數量，并為制冷劑的選擇帶來了更多可能。
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/791
3. Science述評：光子輻射制冷智能織物
衣食住行，沒有衣服是無法度日的。紡織品是人類最早的發明之一，既可以抵御寒冷，又可以保持美觀?，F在，全球變暖的緊迫威脅對創新紡織品提出了更高的要求，未來，我們的紡衣服甚至可以隨外部溫度環境變化而自己降溫。
一個基本原理是，穿著較涼的紡織品進行局部“個人熱管理”可以有效減少對空調的需求。平均而言，室內光活動的代謝熱速率為60至80 W/m2，由皮膚到環境的熱通量平衡。該通量通過所有可行的熱傳遞路徑發生：傳導，對流，輻射和蒸發。由于熱舒適的標準之一是沒有明顯的汗液，因此蒸發僅占?5 W/m2。以美國加熱，制冷和空調工程師協會標準55為參考，并假設衣物隔熱為1克洛（0.155 m2K / W；克洛是絕熱的工業單位），然后通過紡織品傳導和自然對流貢獻約40 W/m2，輻射約貢獻25 W/m2。這表明輻射在人體熱量平衡中的重要作用。與對流傳熱不同，熱輻射是一種表面特性，不需要任何介質或移動部件，就能成為個人熱管理的理想工具。
無論膚色如何，人體皮膚都是近乎完美的黑體，可通過普朗克定律發射熱輻射。該輻射通過空氣傳播并被紡織品吸收，其中包含各種類型的共振分子振動模式。幾乎所有的服裝材料在人體輻射的光譜區域都具有高度吸收性，盡管基爾霍夫的輻射定律表明它們也是良好的發射器，但其紅外（IR）不透明性不可避免地會導致輻射屏蔽效果。因此，輻射冷卻的關鍵不是重新設計現有的服裝材料，而是重新發明該材料，以使其在紅外中處于透明狀態，從而使人體灼熱的皮膚產生的熱輻射繞過織物并直接進入環境。
根據Stefan-Boltzmann定律，傳統的吸收紅外線的紡織品從寒冷的外表面發出的輻射功率要低得多，輻射功率與溫度的四次冪成比例。為了實現更簡單的化學鍵和更少的中紅外共振，聚乙烯（PE）紡織品橫空出世。
挑戰與機遇并存。幾千年的演變使人們對服裝設計的期望變得復雜，超出了科學的理想范圍。需要更多聚合物材料來滿足耐磨性需求，以及透氣性，皮膚舒適感，耐刮擦性和洗滌能力。
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/784
4. Science綜述：被動輻射冷卻技術
基于波長尺度的光子材料已經在能源領域取得了一系列重要進展，從固態照明到高效光伏技術，說是將要改變全球能源格局也不為過。一個有趣的技術是，被動輻射冷卻材料利用與可再生太陽能一樣大的地面熱輻射，將熱量從地面散發到寒冷的宇宙。新開發的光子材料可以在直射的陽光下進行環境冷卻，并且其應用通過可規模化制造而迅速得到拓展。本文綜述了白天環境輻射冷卻材料的最新進展，該技術可實現節能冷卻，并正在為從宇宙中獲取寒冷作為新的可再生能源的技術鋪平道路。
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/786
5. Science述評：全球變暖，需要全人類一同應對！
2020年7月，西伯利亞各地的氣溫飆升，北極圈內溫度達到38°C，刷新了歷史紀錄。模型表明，如果沒有人為因素引起的全球變暖，很多事件是根本不可能發生的。不斷上升的熱量正在給人類帶來全新的挑戰，需要仔細計算全球溫度進一步升高將如何引發短期區域性熱事件，以及如何對人類健康和活動，糧食供應，基礎設施和生態系統的影響。
自19世紀中葉以來，全球平均人為變暖的幅度略高于1°C。根據《巴黎協定》，世界已經設定了一個目標，即將全球人為平均升溫控制在2°C以下，如果可能的話，則保持在1.5°C以下。但是，當前的國家認為很可能允許在本世紀末之前將溫度提高到4°C左右，此后再進一步提高。考慮到對氣候敏感性的最新估計，到2090年仍只有50％的機會保持在2.4°C以下。因此，為了達到2°C的目標，需要針對限制二氧化碳排放制定更加嚴格的減排承諾和政策，并采取更多減排技術，每一項都帶來嚴峻的社會政治，經濟和技術挑戰。
過去的研究得出了幾個可靠的結論：
1）隨著極端閾值與快速增加的頻率交叉，影響會隨著平均變暖而非線性增加。這表明，我們需要大力減排以將變暖保持在我們可以應付的水平。
2）盡管沒有人會幸免，但窮人將受到更加難以承受的打擊，這就要求我們在尋求適當的技術和策略以應對不斷上升的熱量時，需要考慮到使用成本的問題。
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/782
6. Science述評：對數據的無限需求，需要降溫！
在信息化的時代，世界由不斷獲取的信息驅動。無論身在何處，我們都可以觸及整個世界，并且無所不在地訪問各種形式的數據。各種規模的數據中心都支持檢索存儲在云端的信息。盡管從任何地方即時訪問數據都有很多好處，但是這種訪問成本的一部分是不斷增長的能源需求，其中很大一部分來自支持這些數據中心所需的冷卻基礎架構。
在過去的14年中，向基于云的服務的廣泛遷移已經改變了數據中心行業。2006年，美國所有服務器中有50％位于中小型數據中心或自我管理的公司數據中心。這些小型數據中心的平均處理器利用率僅為10％到20％，并且由于高功率需求而需要大量能源投資。這些服務器的散熱基礎設施效率低下（通常位于壁櫥或小房間中），導致2014年美國數據中心的年度能源總需求為70兆瓦時，約占美國全部能源使用量的1.8％。
數據中心的總能源需求包括IT設備本身的能源需求和支持基礎設施的能源需求，其中絕大部分用于冷卻系統。電源使用效率（PUE）表示數據中心設施總能耗與IT設備能耗之間的比率。PUE為1.0的數據中心除了為IT設備供電外，不會消耗任何能源。2007年，當Green Grid引入該指標時，數據中心的平均PUE為2.0，而到2016年，該平均值未發生明顯變化。近年來，對這一指標的日益關注使得冷卻技術取得了大量實質性進步。
未來，冷卻策略的改進重點將從空氣冷卻策略轉移到對嵌入式液體和蒸發冷卻技術的關注，這些技術利用了固有更高的傳熱系數。直接液體冷卻的特征是將微通道冷卻板直接安裝在發熱芯片上。具有三維結構的集成芯片設計正在創造出甚至可以通過直接液體冷卻控制的能量密度。下一代冷卻研究甚至將芯片直接浸入介電液中，隨后在芯片界面沸騰。具有虹吸式液體蒸汽系統的熱虹吸管已成為人們關注的焦點，因為它們可以在沸騰的情況下實現高熱量傳遞，同時消除了微型泵固有的可靠性問題。在應用中，微蒸發器直接位于每個芯片上，就像一個冷板一樣。
參考文獻：
https://science.sciencemag.org/content/370/6518/783
