Новый испанский наноматериал охлаждает поверхности до 12,9 °C без затрат энергии

Команда исследователей Института микротехники и нанотехнологий (IMN-CNM, CSIC) разработала наноматериал, способный охлаждать поверхности, находящиеся под прямыми солнечными лучами, без затрат электроэнергии, альтернативу, которая может сократить растущие счета за электроэнергию на охлаждение, области, на которую уже приходится около 20 % мирового потребления электроэнергии.

Исследование, проведённое группой Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) и опубликованное в журнале Nanophotonics, основано на пассивном дневном радиационном охлаждении, технологии, которая использует одну 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 диапазоне и одновременно отражает солнечное излучение, может быть холоднее окружающего воздуха, причём без подключения к сети и без компрессора.

Полимер с нужным набором свойств

Учёные сделали ставку на фторид поливинилиденa (PVDF), полимер, который уже был известен своей способностью излучать тепло в инфракрасном диапазоне. Кристина Висенте, исследовательница IMN-CNM и руководитель проекта COOLed, объясняет, что этот материал «объединяет ряд свойств», которые делают его идеальным выбором: помимо эффективного излучения тепла он устойчив к ультрафиолетовому излучению, отталкивает воду, что обеспечивает эффект самоочищения поверхности, и хорошо переносит воздействие непогоды.

Ключевой прорыв связан не столько с самим материалом, сколько с тем, как его сформировали. Команда внедрила полимер в матрицы из нанопористого анодированного оксида алюминия, получив трёхмерные структуры, внутреннюю геометрию которых можно точно контролировать, что имеет решающее значение, поскольку оптическая эффективность таких охладителей зависит от их конструкции в наномасштабе.

Цифры подтверждают эти результаты: оптимизированная версия материала, прошедшая ультрабыстрое охлаждение после внедрения полимера, в среднем отражает 82,4 % солнечного излучения и излучает 96,7 % тепла в инфракрасном диапазоне от 8 до 13 микрометров, через который это тепло уходит в космос.

В теории такое сочетание даёт способность охлаждения 182,3 ватта на квадратный метр при солнечной освещённости 1 000 Вт/м². Испытания на крыше центра в Трес-Кантосе при максимальной освещённости 962 Вт/м² подтвердили эти расчёты на практике.

На крыше стало почти на 13 градусов прохладнее

Прошлым летом теорию проверили на практике, проведя испытания под открытым небом на крыше центра в Трес-Кантосе, недалеко от Мадрида. После обработки материала ультрафиолетовым светом, который делает его более белым и повышает его солнечную отражательную способность, результаты не заставили себя ждать: в самые жаркие, сухие и солнечные дни обработанная поверхность оставалась до 12,9 °C холоднее, чем образец без покрытия.

Сами исследователи подчёркивают, что технология всё ещё находится в стадии разработки, но отмечают, что производственный процесс относительно недорогой и совместим с уже существующими промышленными линиями. Это открывает путь к самым разным применениям, от фасадов и крыш зданий до электронных устройств, транспортных средств и даже персональных систем охлаждения, все они направлены на одну цель: сократить зависимость от кондиционеров и сопутствующие им выбросы.

Этот текст был переведен с помощью искусственного интеллекта. Сообщить о проблеме : [feedback-articles-ru@euronews.com].