Вдохновлённая мимозой: учёные разработали технологию пассивного терморегулирования

Новости МирТесен

В зависимости от температуры окружающей среды, данный материал способен изменять свою форму — сжиматься или расширяться, подобно реакциям мимозы на прикосновение. При высоких температурах он обеспечивает охлаждение, а в холодную погоду – согревание.

Глобальные изменения климата усиливают многие экстремальные погодные явления. Волны жары и холода перестали быть редкостью, приводя к болезненному росту стоимости энергии на кондиционирование и обогрев помещений. Снизить такие расходы помогают материалы для пассивного нагревания или охлаждения. В простейшем варианте это может быть белая краска, отражающая часть солнечных лучей. Другие покрытия, наоборот, рассеивают лишнюю энергию, отдавая ее в окружающую среду.

До недавнего времени создание материала с комбинированными свойствами – одновременной возможностью охлаждать и согревать — оставалось сложной задачей, поскольку потребности в этих функциях меняются в зависимости от сезона. Концепция уникальной структуры, способной выполнять обе эти задачи одновременно, пришла на ум китайским исследователям. мимоза. Прикосновение к листьям вызывает их скручивание – отсюда и возникло прозвище «стыдливая недотрога». Китайский ученый Жуцзюнь Ма (Rujun Ma) вдохновились этим природным явлением, чтобы создать инновационное покрытие, способное переключаться между функциями обогрева и охлаждения. Описание этого исследования можно найти в статье, опубликованной в журнале PNAS.

В качестве основы структуры используются деформируемые элементы. Они состоят из двух слоев: прозрачного полимера, сохраняющего свои свойства при изменении температуры, и полимеров, которые сжимаются или расширяются под воздействием температуры. Благодаря этому элементы могут сворачиваться и разворачиваться. Затем исследователи добавили к ним слои, выполняющие определенную функцию — поглощение или рассеяние энергии.

В условиях низкой температуры вся многослойная конструкция сжимается, обнажая темный обогревающий слой на поверхности. При повышении градуса Цельсия она раскрывается, увеличивая площадь отражающего слоя, который эффективно улавливает видимый свет и переизлучает его в инфракрасном спектре. Это обеспечивает эффективное охлаждение без дополнительного нагрева окружающего воздуха или близлежащих поверхностей, покрытых новым материалом – «мимозой», которая не взаимодействует с этими фотонами.

Безусловно, данная разработка является лишь началом пути к созданию готовых промышленных образцов. Тем не менее, прототип, разработанный учеными из Китая, уже демонстрирует впечатляющие результаты: в режиме нагрева он поглощает до 73% солнечной энергии, а в охлаждающем – всего 35%. При этом структура выдержала более пятисот циклов трансформации без видимых дефектов и минимальным расслоением. Вероятно, появление подобных материалов в широком использовании произойдет достаточно скоро.