Специалисты из Университета Колорадо в Боулдере (США) разработали новый прозрачный изоляционный материал для окон, который позволяет эффективно задерживать тепло, при этом не ограничивая доступ света. Данная разработка получила название MOCHI — мезопористый оптически прозрачный теплоизолятор. По словам исследователей, его структура напоминает современную версию пузырчатой плёнки.
Материал – это силиконовый гель, основу которого (более 90 процентов) составляет воздух. Воздушные включения находятся внутри сложной сети пор, размеры которых значительно меньше диаметра человеческого волоса. Благодаря этим микроскопическим воздушным пузырькам материал обладает превосходными изоляционными характеристиками. Так, лист толщиной всего пять миллиметров способен удерживать тепло настолько эффективно, что позволяет безопасно держать в руке открытое пламя. При этом MOCHI обладает способностью пропускать свет, отражая лишь около 0,2 процента падающего излучения, что обеспечивает хорошую видимость через окно.
По словам старшего автора работы, профессора физики Ивана Смалюха, ключевая задача разработки заключалась в том, чтобы предоставить возможность людям поддерживать желаемую температуру в помещениях вне зависимости от внешних условий и при минимальном расходе энергии. Разработанный материал, который можно изготавливать в виде больших плит или тонких листов для установки на внутреннюю поверхность окон, предназначен для уменьшения теплопотерь.
Технология MOCHI представляет собой модернизацию традиционных аэрогелей. Аэрогели обладают превосходными теплоизоляционными свойствами, однако из-за нерегулярной структуры пор они нередко бывают непрозрачными и мутными. Ученым удалось обеспечить прозрачность благодаря управляемому процессу изготовления. Он включает в себя смешивание поверхностно-активных веществ в жидкой среде, которые формируют тонкие нити. После этого молекулы силикона присоединяются к этим нитям, создавая каркас. Удаление молекул-шаблонов и их замена воздухом приводит к образованию силиконовой структуры с сетью микроскопических воздушных каналов.
В ограниченном объёме микроскопических полостей молекулы газа не располагают достаточным местом для взаимодействия и передачи тепловой энергии, поэтому они лишь отталкиваются от стенок пор. Этот принцип эффективно блокирует теплообмен. Помимо использования в качестве прозрачного утеплителя для окон, авторы считают, что MOCHI может найти применение в устройствах для сбора солнечной энергии с целью нагрева воды и помещений, даже в условиях недостатка солнечного света. На данный момент производство является сложным и требует значительных трудозатрат, но исследователи уверены в возможности его улучшения, подчеркивая доступность исходных материалов.
Детали исследования были в журнале Science 11 декабря.