Учени създадоха материал, който охлажда без ток: При тестове температурата паднала с близо 13 градуса

Испански учени разработиха наноматериал, способен да охлажда изложени на силно слънце повърхности, без да използва електрическа енергия. Технологията все още е експериментална, но в бъдеще може да намери приложение при сгради, автомобили и електроника и да ограничи нуждата от традиционна климатизация.

Разработката е на екип от Института по микро- и нанотехнологии към Испанския национален съвет за научни изследвания (CSIC). Резултатите от работата са публикувани в научното списание „Nanophotonics“.

Как е възможно охлаждане без електричество?
Технологията използва процес, известен като пасивно радиационно охлаждане през деня. Вместо климатик, компресор или друг електрически уред, материалът използва собствените си оптични свойства.

Ключова роля има т.нар. атмосферен прозорец в инфрачервения диапазон между 8 и 13 микрометра. В този диапазон топлинното излъчване може да преминава през атмосферата и да се отдава към космическото пространство.

За да работи ефективно подобно охлаждане, материалът трябва да изпълнява две задачи едновременно – да отразява възможно най-голяма част от слънчевата радиация и ефективно да отделя натрупаната топлина.

Така повърхността може да се поддържа значително по-хладна, без да се използват електричество, компресори или хладилни агенти.

Наноструктурата е ключът към разработката
За основа учените използват поливинилиденфлуорид, известен като PVDF. Полимерът има подходящи характеристики за излъчване на топлина в инфрачервения спектър.

Материалът е устойчив на ултравиолетово лъчение, отблъсква водата и притежава самопочистващи свойства. Именно тази комбинация го прави интересен за приложения на открито.

Същинската иновация обаче е начинът, по който учените структурират материала.

PVDF е въведен в нанопорести шаблони от анодизиран алуминиев оксид. Получават се триизмерни наноструктури, чиято геометрия може да бъде контролирана изключително прецизно.

Чрез промяната на структурата изследователите могат да подобрят едновременно отразяването на слънчевата радиация и способността за отделяне на топлината.

Резултатите показват сериозен охлаждащ ефект
При оптимизираната версия на материала средното отражение на падащата слънчева радиация достига 82,4%.

Още по-висока е отчетената ефективност при отделянето на топлина. В ключовия инфрачервен диапазон между 8 и 13 микрометра стойността достига 96,7%.

Според изчисленията тази комбинация позволява охлаждаща мощност от 182,3 вата на квадратен метър при слънчева интензивност от 1000 W/m².

Но учените не се ограничават единствено до лабораторни измервания.

Изпробваха технологията под силното слънце край Мадрид
Материалът е тестван в реални условия върху покрива на изследователския център в Трес Кантос край Мадрид.

По време на експериментите максималната слънчева интензивност достига 962 W/m².

Преди изпитанията материалът е обработен с ултравиолетова светлина. Това води до избелването му и допълнително увеличава способността да отразява слънчевата радиация.

Именно при най-горещите, сухи и слънчеви дни учените отчитат впечатляваща разлика.

Повърхността с новото покритие е била с до 12,9 градуса по Целзий по-хладна спрямо пробата без него.

Това не означава, че технологията автоматично може да понижи температурата в помещение с близо 13 градуса. Измерената разлика се отнася до температурата на тестваните повърхности.

Може ли подобен материал да замени климатиците?
На този етап е твърде рано да се говори за пълна замяна на климатичните системи. Разработката все още е експериментална.

Потенциалът ѝ обаче е значителен именно защото охлаждането не изисква постоянно електрозахранване.

Едно от посочените предимства е и сравнително евтиният производствен процес. Според учените технологията може да бъде интегрирана в съществуващи промишлени методи, което е важно за евентуалното ѝ производство в по-голям мащаб.

Приложенията могат да бъдат разнообразни – от покриви и фасади на сгради до автомобили, електронни устройства и решения за лично охлаждане.

Ако технологията достигне до масово приложение, подобни повърхности биха могли да ограничат количеството топлина, което сградите и различни устройства натрупват под силно слънце. Това от своя страна може да намали необходимата енергия за последващото им охлаждане.

Разработката показва възможна посока към по-пасивни системи за температурен контрол, но предстои да бъде установено доколко материалът може да бъде мащабиран и използван икономически в реални продукти.