Вдохновленная пингвинами пленка греет зимой и охлаждает летом
Одна сторона материала поглощает солнечное тепло, а другая отражает его, что позволяет экономить до 11 кВт·ч энергии на квадратный метр в год. Разработка уже прошла успешные испытания на открытом воздухе.
Никита ЛактюшинРедактор Hi-Tech Mail
Китайские ученые разработали необычный материал, способный автоматически переключаться между режимами нагрева и охлаждения в зависимости от условий окружающей среды. Вдохновением для проекта стали пингвины — животные, которые эффективно сохраняют тепло в холоде и не перегреваются в более теплую погоду благодаря сложной структуре перьев и жировой прослойке.
Новая пленка представляет собой так называемый «двуликий» материал Janus — название отсылает к древнеримскому богу Янусу с двумя лицами. Разработка создана исследователями из Харбинского технологического института, Хэнаньского педагогического университета и лаборатории Сучжоу.
Одна сторона пленки предназначена для нагрева. Она поглощает около 94,5% солнечного излучения и быстро разогревается под светом. В лабораторных тестах поверхность достигала температуры около 73 °C, а во время испытаний на открытом воздухе — до 87 °C. Основой материала стал диоксид ванадия (VO₂), который при нагреве резко меняет свои свойства и начинает проводить электричество почти как металл.
Благодаря этому пленка умеет не только нагреваться, но и менять взаимодействие с микроволнами. При комнатной температуре радиосигналы свободно проходят через материал, однако после нагрева он начинает эффективно блокировать и отражать микроволновое излучение. В диапазоне X-band, используемом в радарах и спутниковой связи, уровень пропускания сигнала падал с 83,6% до 0,06%.
Вторая сторона пленки работает противоположным образом — она охлаждает поверхность. Для этого используются частицы диоксида кремния и пористая структура, отражающая более 90% солнечного света. Одновременно материал эффективно излучает тепло в инфракрасном диапазоне. Во время уличных испытаний охлаждающая сторона поддерживала температуру на 4–12 °C ниже окружающей среды.
Разработчики также сделали обе поверхности супергидрофобными — вода собирается в капли и скатывается с материала, не задерживаясь на нем. Это обеспечивает антиобледенительные свойства. В ходе экспериментов образование льда удавалось задерживать более чем на 13 минут, а уже образовавшийся лед таял примерно за 17 минут даже при температуре около -6 °C.
Исследователи считают, что подобные покрытия можно будет использовать в строительстве, транспорте и электронике. Например, зимой здания смогут поглощать больше солнечного тепла, а летом — отражать его для снижения нагрузки на кондиционеры. По оценкам авторов проекта, потенциальная экономия энергии может достигать около 11 кВт·ч на квадратный метр в год.
Пока технология остается лабораторной разработкой. Следующим этапом станут испытания долговечности материала и подготовка к массовому производству. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.
НаукаПоделиться
