හිම සහ අයිස් තිරසාර ලෙස හිරු තුළ දියවීම වැළැක්වීම මිනිස් ජීවිතයේ බොහෝ ක්ෂේත්‍රවල වැදගත් ප්‍රශ්නයකි, දෛනික සීතල දාම ආහාරවල සිට අයිස් ක්‍රීඩා දක්වා ඉහළ උන්නතාංශවල/අක්ෂාංශවල අයිස් කඳු දියවීම දක්වා. සංඛ්‍යාලේඛනවලට අනුව, ලෝකයේ සංරක්‍ෂිත ආහාරවලින් 40% ක් (ටොන් මිලියන 400 ක් පමණ) සීතල දාමය හරහා සංරක්ෂණය කර ඇති අතර එය ලෝකයේ විදුලියෙන් 11% ක් පරිභෝජනය කරන අතර ගෝලීය හරිතාගාර වායු විමෝචනයෙන් 2.5% කට පමණ දායක වේ.

සූර්යයා තුළ අයිස් දියවීම අයිස් පද්ධතියේ ශක්ති ප්රවාහයේ වෙනස්කම් සමඟ සම්බන්ධ වේ. රූප සටහන 1 විවිධ අක්ෂාංශ වල අයිස් වල සාමාන්‍ය තාප ප්‍රවාහය සාරාංශ කරයි. රූපයෙන් පෙනෙන පරිදි, සූර්ය විකිරණය (තරංග ආයාමය 0.3 ~ 2.5μm) ප්රධාන තාප බර වන අතර, අයිස් උෂ්ණත්වය ඉහළ යාමට සහ එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස දියවීමට හේතු වේ. මේ අතර, මධ්‍ය අධෝරක්ත කිරණ (තරංග ආයාමය 2.5~18μm) මෙම ප්‍රවණතාවයට ප්‍රතිරෝධය දැක්වීමේ ප්‍රධාන ශක්ති ප්‍රවාහයයි. එබැවින්, සූර්යාලෝකය යටතේ විවිධ අයිස් පද්ධතිවල නිෂ්ක්‍රීය ආරක්ෂාව ලබා ගැනීම සඳහා මෙම ශක්ති ප්‍රවාහය සමතුලිත කිරීමට තිරසාර ක්‍රමයක් ගවේෂණය කිරීම විශාල ප්‍රායෝගික වැදගත්කමක් දරයි.

රූපය 1. විවිධ අක්ෂාංශ වල අයිස්වල තාප ප්රවාහය

දිවා කාලයේ විකිරණ සිසිලනය මෑත කාලීන උත්පාතය බලශක්ති ප්රවාහය තුලනය කිරීම සඳහා උපාය මාර්ගයක් ඉදිරිපත් කරයි. පර්යේෂකයන් විසින් බහු ස්ථර/ රටා සහිත ෆෝටෝනික් ව්‍යුහයන්, නැනෝ අංශු/සිදුරු සහිත බහු අවයවික පාදක පටල, සිසිලන ලද දැව සහ අති-සුදු ආලේපන (සූර්‍ය පරාවර්තනය 0.95 ට වැඩි) වැනි විවිධ විශේෂ ද්‍රව්‍ය සහ ව්‍යුහයන් වර්ධනය කර ඇත. ඉහත ක්‍රමයේ පර්යේෂණාත්මක සිසිලන බලය පැහැදිලි දිවා ආලෝකය යටතේ 40~100 W·m-2 දක්වා ළඟා විය හැකි අතර උප-පරිසර සිසිලන උෂ්ණත්වය 3~13°C වේ. කෙසේ වෙතත්, හිරු තුළ අයිස් සංරක්ෂණය කිරීම සඳහා, සාම්ප්රදායික සලකා බැලීම් වලට අමතරව දැඩි අවශ්යතා කිහිපයක් තිබේ. පළමුවෙන්ම, ප්‍රායෝගික යෙදීම් වලදී අයිස් අඩු උෂ්ණත්වයක තිබිය යුතුය, එබැවින් එයට ඉතා ඉහළ විකිරණශීලී සිසිලන කාර්ය සාධනයක් අවශ්‍ය වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ශුද්ධ විකිරණ බලය 70 W·m-2 සිට 110 W·m-2 දක්වා වැඩි කිරීමෙන් අමතර ශීතකරණ ඒකක අවශ්‍යතාවයකින් තොරව අයිස්/ශීත කළ ආහාර දියවීම වැළැක්විය හැකි බව ගණනය කර ඇත. මීට අමතරව, cryopreservation හි විශේෂ අවශ්‍යතා සඳහා, විකිරණ සිසිලන ද්‍රව්‍ය බහුල, මහා පරිමාණයෙන් නිපදවිය යුතු අතර පරිසරයට අඩු බලපෑමක් ඇති කළ යුතුය.

මේ හේතුව නිසා, Nanjing විශ්ව විද්‍යාලයේ Jia Zhu සහ Minghuai Wang විසින් සෙලියුලෝස්-ඇසිටේට් (CA) මත පදනම් වූ ස්ථර විකිරණ-සිසිල් තුනී පටලයක් නිපදවා ඇති අතර එය මහා පරිමාණයෙන් නිපදවිය හැකි, පරිසර හිතකාමී සහ විවිධ ආකාරවල/ප්‍රමාණයේ අයිස් සඳහා ඵලදායී නිෂ්ක්‍රීය ආරක්ෂාවක් සපයයි. හිරු තුළ. මෙම කාර්යය ඵලදායී, මහා පරිමාණයෙන් නිපදවන ලද සහ තිරසාර හිම සහ අයිස් සංරක්ෂණය වර්ධනය කිරීම සඳහා වැදගත් මාර්ගයක් සපයන අතර, පරිසර පද්ධතියේ අනෙකුත් ප්රධාන අංග සඳහා සංරක්ෂණ ප්රවේශයන් සඳහා ආශ්වාදයක් සපයයි. මෙම පර්යේෂණය "විකිරණ සිසිලනය හරහා සූර්යාලෝකයට යටින් දියවී යාමෙන් අයිස් ආරක්ෂා කිරීම" යන මාතෘකාව යටතේ සයන්ස් ඇඩ්වාන්ස් හි ප්‍රකාශයට පත් කර ඇත.

විකිරණ සිසිලන තුනී පටල නිර්මාණය සහ ගුනාංගීකරනය

අණුවල ආවේණික කම්පනය CA චිත්‍රපටවලට බ්‍රෝඩ්බෑන්ඩ් සහ ඉහළ අධෝරක්ත විමෝචනයක් ඇති කිරීමට හැකියාව ලබා දෙයි, එය ඉහළ කාර්ය සාධනයක් සහිත මහා පරිමාණ සිසිලනය සඳහා හිතකර වේ. අභිරුචි කරන ලද සිදුරු CA පටලයට ඉහළ සූර්ය පරාවර්තනයක් ලබා දෙමින් ලැබෙන සූර්ය විකිරණ සඳහා ඵලදායී විසිරුම් මධ්‍යස්ථාන ලෙස ක්‍රියා කරයි. එබැවින්, චිත්රපටයේ ස්ථර නිර්මාණය සූර්යාලෝකය තුළ අයිස්වල තාප බර අවම කර විවිධ අක්ෂාංශවල අයිස් පද්ධතියේ ඵලදායී නිෂ්ක්රීය ආරක්ෂාවක් ලබා ගනී. ජීවන චක්‍රය අවසානයේදී, ස්තර සහිත CA පටල ස්වභාවධර්මයේ ක්ෂුද්‍ර ජීවීන් විසින් ජීර්ණය කර CA බවට දිරාපත් විය හැක. ස්ථර CA පටල සෑදී ඇත්තේ ස්වාභාවික සෙලියුලෝස් වලින් වන අතර එය ශාක සෛල පටලවල බහුලව දක්නට ලැබෙන අතර ස්වාභාවික ශාකවල සෛල කළල වලින් ලබා ගත හැකිය.

රූපය. 2 porous CA පටලයේ ස්ථර නිර්මාණය සහ ජීවන චක්‍රය

පර්යේෂකයන් විසින් CA චිත්‍රපටයේ අපේක්ෂිත දෘශ්‍ය ගුණාංග ස්ථර සැලසුමක් හරහා ලබා ගත් අතර, CA චිත්‍රපටයේ සිසිලන උෂ්ණත්වය සහ සිසිලන බලය මැනිය. සිසිලන උෂ්ණත්වය පරිසර උෂ්ණත්වයේ සිට චිත්රපටයේ උෂ්ණත්වය අඩු කිරීම ලෙස අර්ථ දැක්වේ. සෘජු හිරු එළිය යටතේ, ස්ථර CA පටලය 110 W·m-2 දක්වා සිසිලන බලයක් සහ 12℃ පමණ සිසිලන උෂ්ණත්වයක් ලබා ගනී, එය ස්ථර CA පටලයේ හොඳ විකිරණ සිසිලන හැකියාව තහවුරු කරයි.

රූප සටහන 3 පහත්/මධ්‍යම අක්ෂාංශ ප්‍රදේශවල එළිමහන් අයිස්/ ශීත කළ ආහාර කල් තබා ගැනීම

අයිස් සහ හිම ආරක්ෂාව සඳහා විකිරණ-සිසිල් චිත්රපටය

අයිස් සහ හිම මතුපිට (කුඩා අයිස් ස්ඵටික) යනු සාමාන්‍ය භූමි ආකාර දෙකකි. ඒවාට විවිධ සූර්ය පරාවර්තනයක් ඇත, නමුත් මධ්‍යම අධෝරක්ත විමෝචනය සමාන වේ. පර්යේෂකයන් විසින් අයිස් සහ හිම මතුපිට ස්ථර CA පටලවල නිෂ්ක්‍රීය සිසිලන බලපෑම පෙන්නුම් කරන ලදී. පහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි, ඉහළ අක්ෂාංශවල අයිස් දියවීම ආධිපත්‍යය දරන්නේ ලැබෙන සූර්ය විකිරණ සහ මධ්‍ය අධෝරක්ත විකිරණවල ප්‍රතිඵලයක් ලෙස ඇතිවන විකිරණ ශක්ති හුවමාරු ක්‍රියාවලීන් විසිනි. සිද්ධි සූර්ය විකිරණ සහ මධ්‍ය-අධෝරක්ත විකිරණ ප්‍රතිදානය යන දෙකම මතුපිට ප්‍රමාණයෙන් ස්වායත්ත වන බැවින්, පර්යේෂකයන් කුඩා පරිමාණයේ අත්හදා බැලීම් භාවිතා කර ඉහළ අක්ෂාංශවල අයිස් මත ස්ථර CA පටලවල සිසිලන බලපෑම ඇගයීමට ලක් කළහ. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කරන්නේ ස්තර මෝස්තර සහිත සහ රහිත CA චිත්‍රපට අතර උෂ්ණත්ව වෙනස 6.3℃ තරම් ඉහළ අගයක් ගන්නා බවයි. පහත රූපයේ C හි පෙන්වා ඇති පරිදි, 700 W·m-2 ක සාමාන්‍ය සූර්ය විකිරණයක දී පවා, ස්ථර මෝස්තර සහිත CA පටල සහිත අයිස්වල මතුපිට උෂ්ණත්වය පරිසර උෂ්ණත්වයට වඩා 7℃ පමණ සිසිල් වේ. අයිස් වලට අමතරව, ස්ථර CA පටලයක් හිම මතුපිට සඳහා හොඳ ආරක්ෂාවක් ද සපයයි. පර්යේෂකයන් විසින් ස්ථර CA පටල සහිත සහ රහිත හිම මතුපිට ක්ෂේත්‍ර පරීක්ෂණ සිදු කරන ලදී. ප්‍රතිඵලවලින් පෙන්නුම් කළේ ස්ථර CA ද්‍රව්‍ය සහිත හිම වල හිස් හිම වලට වඩා සියයට 50ක් වැඩි අවශේෂයක් ඇති බවයි. විකිරණ සිසිලන පටලයට දේශීය ග්ලැසියර දියවීම ඵලදායී ලෙස මන්දගාමී කළ හැකි බව වැඩිදුර ප්‍රතිඵල සෘජුවම තහවුරු කරයි.

රූපය. 4. CA පටලයේ ස්ථර නිර්මාණය මගින් හිම සහ අයිස් ආරක්ෂා කිරීම

ඉහළ අක්ෂාංශ ප්‍රදේශයේ අයිස්වල සිසිලන බලපෑම ආදර්ශයට ගෙන විශ්ලේෂණය කෙරේ

පර්යේෂකයන් පරිමාණයෙන් චිත්රපටයේ අපේක්ෂිත සිසිලන බලපෑම තක්සේරු කිරීමට ආකෘතියක් භාවිතා කළහ. වර්ග කිලෝමීටර් දුසිම් ගනනක් (විශාල ස්කී රිසෝට් එකක විශාලත්වය) මනින අයිස් කුට්ටියක් (එහි මව් ග්ලැසියරයෙන් කැඩී යන අයිස් කුට්ටියක්) දියවීම අධ්‍යයනය කිරීමට පර්යේෂකයන් තාප ගතික ආකෘති භාවිතා කළහ. ග්‍රීෂ්ම ඍතුවේදී අයිස් කුට්ටි දියවීම නිසා එහි ඝනකම මීටර 1ක් අඩු වී ඇති බව පෙනී ගියේය. ඊට වෙනස්ව, ස්ථර CA පටල අයිස් කුට්ටියේ ඝනකමට මීටර් 1ක් එකතු කරයි. මීට අමතරව, පර්යේෂකයන් විසින් Beaufort වත්මන් කලාපය තුළ මුහුදු අයිස් දක්වා ස්ථර CA පටල දිගු කිරීමට දේශගුණ ආකෘති අත්හදා බැලීම් භාවිතා කරන ලදී. මෙම විශේෂිත ප්‍රදේශයන්හි, CA පටලය මගින් ආරක්ෂා කරන ලද මුහුදු අයිස් සාන්ද්‍රණය 5% සිට 40% දක්වා වැඩි වූ අතර ඝනකම මීටර් 0.5 සිට 2.5 දක්වා වැඩි වී ඇති අතර, එම ක්‍රමයට ඉහළ අක්ෂාංශ ප්‍රදේශයේ/ඉලක්කයේ දී අයිස් පද්ධතිය ඵලදායී ලෙස ආරක්ෂා කළ හැකි බව පෙන්නුම් කරයි.

අවසාන වශයෙන්, එහි සේවා කාලය අවසානයේ ස්ථර CA පටලයේ ජෛව හායනය සම්පූර්ණයෙන්ම සලකා බලන ලදී. පාංශු නිරාවරණ පරීක්ෂණ (නැන්ජිං හි 31 ° N දී) පෙන්වා දී ඇත්තේ විකිරණ සිසිලන ද්‍රව්‍ය සංවර්ධනය සඳහා ස්ථර CA පටල විවිධ බහුඅවයවවල හොඳම ජෛව හායනය ප්‍රදර්ශනය කරන බවයි. එබැවින්, විවිධ අක්ෂාංශ වල හිම සහ අයිස් සඳහා පරිසර හිතකාමී ආරක්ෂාවක් සැපයීම ලෙස සැලකේ.

රූපය 5. ඉහළ අක්ෂාංශ වල අයිස් වසම් ආරක්ෂා කිරීම