Група дослідників з Інституту мікро- та нанотехнологій (IMN-CNM, CSIC) розробила наноматеріал, здатний охолоджувати поверхні, що піддаються впливу сонячного світла, без використання електроенергії. Ця альтернатива може знизити зростання витрат на електроенергію для охолодження, які вже становлять майже 20% світового споживання електроенергії.
Дослідження, проведене групою Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) і опубліковане в журналі Nanophotonics, засноване на пасивному радіаційному охолодженні в денний час - методі, що використовує особливість земної атмосфери: в інфрачервоному спектрі є смуга, між 8 і 13 мікрометрами, через яку тепло виходить безпосередньо в космос, не затримуючись.
Матеріал, що добре випромінює в цьому діапазоні й одночасно відбиває сонячне випромінювання, може виявитися холоднішим за навколишнє повітря, без використання розеток або компресорів.
Полімер з необхідними властивостями
Вчені обрали полівініліденфторид (ПВДФ), полімер, вже відомий своєю здатністю випромінювати тепло в інфрачервоному діапазоні.
Крістіна Вісенте, дослідниця з IMN-CNM і керівник проєкту COOLed, пояснює, що цей матеріал "об'єднує в собі поєднання властивостей", які роблять його ідеальним: крім ефективного тепловідведення, він стійкий до ультрафіолетового випромінювання і відштовхує воду, що забезпечує йому самоочисний ефект, а також добре протидіє непогоді.
Ключ до прориву криється не так у самому матеріалі, як у способі його формування. Команда впровадила в полімер нанопористі матриці з анодованого оксиду алюмінію, створивши тривимірні структури, внутрішню геометрію яких вони можуть контролювати з високою точністю, що вкрай важливо, оскільки оптичні характеристики цих охолоджувачів залежать від їх конструкції в нанометровому масштабі.
Цифри підтверджують обіцянку: оптимізована версія матеріалу, оброблена надшвидким охолодженням після інфільтрації полімеру, відбиває в середньому 82,4% сонячного випромінювання і випромінює 96,7% тепла в інфрачервоному діапазоні від 8 до 13 мікрометрів - у смузі, через яку це тепло виходить у космос.
На папері це поєднання означає охолоджувальну здатність 182,3 Вт на квадратний метр при сонячному випромінюванні 1000 Вт/м². Випробування на даху Трес-Кантос, при піковому сонячному випромінюванні 962 Вт/м², підтвердило цю цифру в польових умовах.
Майже на 13 градусів прохолодніше на даху
Теорія була перевірена минулого літа під час польових випробувань на даху центру у Трес-Кантос, Мадрид.
Після обробки матеріалу ультрафіолетовим світлом, яке відбілює його та покращує відбиття сонячного випромінювання, були отримані результати: у найспекотніші, сухі та сонячні дні оброблена поверхня залишалася на 12,9 °C холодніше, ніж зразок без покриття.
Самі дослідники наголошують, що технологія все ще перебуває на стадії розробки, але зазначають, що виробничий процес відносно дешевий і сумісний з наявними промисловими процесами.
Це відкриває двері для застосування в різних областях, від фасадів і дахів будівель до електронних пристроїв, транспортних засобів і навіть персональних систем охолодження, з однією і тією ж метою: зниження залежності від кондиціонування повітря і пов'язаних з цим викидів.
