Облицовка может регулировать температуру здания путем затвердевания и разжижения

В попытке найти эффективный способ сохранить прохладу в зданиях в жаркую погоду и тепло в холодные месяцы, исследователи из Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета разработали изменяющий форму материал, который удерживает частицы меди либо в жидкости, либо в жидком состоянии. или твердая форма. Хотя материал использует очень слабый электрический ток для переключения между двумя состояниями, это лишь малая часть энергии, которую он может сэкономить за счет пассивного нагрева и охлаждения.

Невоспламеняющийся материал состоит из нескольких слоев, включая полиуретановую пленку, графеновый лист и золотую сетку. Но настоящее действие происходит благодаря водному электролиту и частицам меди.

Когда материал находится в режиме нагрева, частицы меди осаждаются на пленку, образуя твердый слой, который отлично поглощает солнечное тепло. После прохождения через материал слабого электрического тока частицы рассеиваются в электролите, и материал переходит в режим охлаждения, при котором согревающая инфракрасная энергия солнца отражается, а не поглощается. В ходе исследования материал успешно переключался туда и обратно в течение 1800 циклов.

«По сути, мы нашли низкоэнергетический способ обращения со зданием как с человеком: вы добавляете слой, когда вам холодно, и снимаете слой, когда вам жарко», — сказал ведущий исследователь Аст. Профессор По-Чун Сюй. «Такой умный материал позволяет нам поддерживать температуру в здании без огромного количества энергии».

Фактически, исследователи обнаружили, что когда материал находится в режиме твердого нагрева, он может сохранять 93 процента инфракрасной энергии, с которой контактирует. В режиме жидкостного охлаждения он может отражать до 92 процентов этой энергии. По словам исследователей, даже если принять во внимание небольшой электрический ток, необходимый для активации переключения, это приводит к экономии до 8,4% затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование здания, говорят исследователи.

«Как только вы переключаетесь между состояниями, вам больше не нужно прилагать энергию, чтобы оставаться в любом из состояний», — сказал Сюй. «Таким образом, для зданий, где вам не нужно очень часто переключаться между этими состояниями, на самом деле используется очень незначительное количество электроэнергии».

Более того, материал можно запрограммировать на изменение при любой необходимой температуре, поэтому его можно настроить для работы по-разному в разных климатических условиях.

Кроме того, поскольку материал прозрачен в режиме охлаждения, он не только обеспечивает преимущества регулирования температуры, но и может стать интересным элементом дизайна, поскольку в режиме твердого удержания тепла он будет иметь медный оттенок, но может проявлять любой пигмент, нанесенный на нижний слой в режиме прозрачного охлаждения.

Материалы, которые таким образом меняют цвет в ответ на электрический ток, известны как электрохромные, и мы видели очень похожий материал, разработанный два года назад учеными из Университета Дьюка в Северной Каролине. Мы также видели, как такие материалы были разработаны для использования в оконных пленках и солнцезащитных очках.

На данный момент исследователи создали куски материала размером примерно 6 см (около 2,4 дюйма) в поперечнике, но, по их словам, можно было бы создать покрытие, используя его в форме черепицы. Их следующими шагами являются исследование способов изготовления материала и изучение того, как использование материала между жидким и твердым состояниями также может быть ценным с точки зрения пассивного термоконтроля.

Исследование опубликовано в журнале Nature Sustainability.

Источник: Чикагский университет.