В зависимости от температуры, структура изменяет свою форму, подобно листьям мимозы, скручиваясь и раскручиваясь. Это приводит к тому, что в жаркую погоду она обладает охлаждающим эффектом, а в холодную — согревающим.
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.
Ранее не удавалось объединить эти две функции, поскольку в разные периоды года требуется либо охлаждение, либо нагрев. Необычная структура, способная выполнять обе задачи одновременно, была разработана китайскими учеными мимоза. Название этого растения не случайно стало синонимом стыдливой недотроги, поскольку листья сворачиваются при прикосновении. Жуцзюнь Ма (Rujun Ma) решили использовать аналогичные сворачивающиеся элементы для изменения охлаждающего покрытия на согревающее и обратно. Результаты этой работы представлены 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.
При понижении температуры многослойная структура сжимается, формируя на поверхности темный слой, выполняющий функцию обогрева. Повышение температуры приводит к ее разворачиванию, обнажая увеличивающуюся площадь отражающего слоя. Этот слой поглощает видимый свет и переизлучает его в инфракрасном спектре. Благодаря этому достигается эффективное охлаждение без нагрева окружающего воздуха и смежных участков, покрытых новым материалом, который не поглощает подобные фотоны.
Создание прототипа стало лишь началом пути к разработке готовых промышленных решений. На текущий момент китайские ученые получили прототип, который в «согревающем режиме» поглощает до 73% энергии солнечного света, а в «охлаждающем режиме» – всего 35%. Структура выдержала 500 циклов сворачивания и разворачивания, практически не получив повреждений и без заметного расслоения. Вполне вероятно, что внедрение подобных покрытий в производство произойдет в ближайшем будущем.