Учёные CSIC создали полимерную наноструктуру, отводящую тепло в космос с помощью солнечного излучения и уменьшающую потребность в кондиционерах в зданиях, транспорте и электронике.
Команда исследователей из Института микро- и нанотехнологий (IMN-CNM, CSIC) разработала наноматериал, способный охлаждать поверхности, освещённые солнцем, без затрат электроэнергии. Это альтернатива, которая может снизить растущие энергозатраты на охлаждение, которое уже отвечает примерно за 20 % мирового потребления электроэнергии.
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
Работа, выполненная группой Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) и опубликованная в журнале Nanophotonics, основана на пассивном дневном радиационном охлаждении — методе, который использует особенность земной атмосферы: в инфракрасном спектре есть диапазон между 8 и 13 микрометрами, через который тепло уходит прямо в космос и не задерживается. Материал, который эффективно излучает в этом окне и при этом отражает солнечное излучение, может быть холоднее окружающего его воздуха, без подключения к сети и без компрессора.
Полимер с идеально подходящими свойствами
Учёные сделали ставку на поливинилиденфторид (PVDF) — полимер, уже известный своей способностью излучать тепло в инфракрасном диапазоне. Как объясняет исследователь IMN-CNM и руководитель проекта COOLed Кристина Висенте, этот материал «сочетает набор свойств» и потому считается оптимальным: помимо эффективного теплового излучения он устойчив к ультрафиолету, отталкивает воду, что обеспечивает эффект самоочистки, и хорошо переносит воздействие погодных условий.
Ключевой фактор прогресса кроется не столько в самом материале, сколько в том, как его сформировали. Команда внедрила полимер в нанопористые шаблоны из анодированного оксида алюминия, создав трёхмерные структуры с внутренней геометрией, которую можно точно контролировать. Это критически важно, поскольку оптическая эффективность таких радиационных охладителей зависит от их наномасштабного дизайна.
Цифры подтверждают заявленные характеристики: оптимизированная версия материала, прошедшая сверхбыстрое охлаждение после пропитки полимером, в среднем отражает 82,4 % солнечного излучения и излучает 96,7 % тепла в инфракрасном окне 8–13 микрометров — именно в том диапазоне, через который тепло уходит в космос.
Теоретически такое сочетание даёт охлаждающую способность 182,3 ватта на квадратный метр при солнечной радиации 1 000 В/м². Испытания на крыше в Трес-Кантосе при максимальной солнечной радиации 962 В/м² подтвердили эти значения в реальных условиях.
На крыше стало почти на 13 градусов прохладнее
Теорию проверили прошлым летом, проведя испытания под открытым небом на крыше центра в Трес-Кантосе под Мадридом. После обработки материала ультрафиолетовым излучением, которая отбеливает его и повышает отражающую способность, были получены такие результаты: в самые жаркие, сухие и солнечные дни покрытая поверхность оставалась до 12,9 °C холоднее, чем контрольный образец без покрытия.
Сами исследователи отмечают, что технология всё ещё находится в стадии разработки, но подчёркивают, что производственный процесс сравнительно недорог и совместим с уже существующими промышленными линиями. Это открывает путь к применению от фасадов и крыш зданий до электронных устройств, транспортных средств и даже персональных систем охлаждения — у всех одна цель: сократить зависимость от кондиционирования воздуха и связанных с ним выбросов.