Изменение климата и недавние волны жара в Европе и Северной Америке заставляют мир задуматься о том, как приспособиться к новой реальности. Решением могут стать материалы, которые пассивно нагревают или охлаждают окружающую среду и делают среду комфортнее.
Исследователи из Нанькайского университета предложили свой вариант — многослойный материал, который сочетает оба свойства. В прохладной среде он скручивается и поглощает свет, а в теплой — растягивается и отражает его.
Как правило, при разработке пассивных материалов приходится выбирать между свойствами — они не могут легко переключиться с поглощения солнечного света на отражение. Как правило, лучше всего иметь возможность активировать или отключить такую возможность. Но для перехода между состояниями потребуется энергия.
Команда из Нанькайского университета в Китае создала иное решение, вдохновленное мимозой. Это растение складывает и разворачивает листья в зависимости от условий окружающей среды. Идея состояла в том, чтобы использовать что-то подобное для переключения между состояниями нагрева и охлаждения.
Фото в тексте: Unsplash
Чтобы воплотить эту идею в жизнь, они использовали полимер, который менял свою форму в зависимости от температуры. Полимер состоял из трех различных субъединиц, которые могли принимать различные конформации при воздействии стресса.
- Когда листы полимера растягивались при высоких температурах (90°C), они расширялись и сжимались при температурах, типичных для внутренней среды.
- Затем этот чувствительный к температуре лист объединили с прозрачным листом, который не реагирует на температуру.
- При изменении температуры полученный двухслойный лист испытывает неоднородное напряжение, в результате чего он сворачивается при охлаждении и снова разглаживается при нагревании.
Сам по себе термочувствительный лист не был бы особенно полезен, поэтому исследователям пришлось объединить его с двумя другими материалами.
Один из них был третьим слоем для термочувствительного листа с двумя ключевыми свойствами: он отражал видимые длины волн и испускал фотоны в инфракрасном диапазоне, позволяя ему излучать тепло. Второй представлял собой темную подложку, которая поглощала видимый свет.
Фото в тексте: Zhang et. al / PNAS
При низких температурах термочувствительный лист сворачивается, обнажая темную основу, которая поглощает солнечный свет, в результате чего предметы нагреваются.
Однако, как только температура повысится, лист развернется. Вместо впитывающей поверхности поверхность становится отражающей, не позволяя ей нагревать среду вокруг.
Читайте по теме:
Ученые предложили более экологичную формулу бетона с переработанным стеклом
Стартап Blue Frontier создает экологичные кондиционеры, которые не усугубляют климатический кризис
Исследователи творчески называют эти два состояния режимами нагрева и охлаждения.
- В режиме нагрева поглощается около 73% поступающего солнечного света.
- В режиме охлаждения отражается 67%.
Полученный материал выглядит тонким и хрупким, однако он выдержал более 500 циклов скручивания без каких-либо видимых проблем.
Единственная проблема, с которой столкнулась команда, заключалась в том, что в развернутом режиме отражающий слой не вступал в плотный контакт с неотражающим, что ограничивало количество тепла, которое могло передаваться между ними, и эффективность системы в целом.
Кроме того, для работы с этим материалом требуется пространство, поскольку оно сворачивается в трубочку. Это препятствие придется преодолеть, прежде чем он получит практическое применение.
Фото на обложке: Unsplash
Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter
Пройти курс «Старт работы на Ozon»