Нов испански наноматериал охлажда повърхности с до 12,9°C без електричество

Екип от Института по микро- и нанотехнологии (IMN-CNM, CSIC) е разработил наноматериал, способен да охлажда изложени на слънце повърхности без използване на електричество. Технологията може да помогне за намаляване на растящите разходи за охлаждане, които вече представляват близо 20% от световното потребление на електроенергия.

Изследването, ръководено от групата Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) и публикувано в списание Nanophotonics, се основава на пасивно радиационно охлаждане през деня — технология, която използва особеност на земната атмосфера, предава Euronews. В инфрачервения спектър съществува диапазон между 8 и 13 микрометра, през който топлината може да се излъчва директно в космоса, без да бъде задържана от атмосферата. Материал, който излъчва ефективно в този диапазон и едновременно отразява слънчевата радиация, може да се охлади до температура по-ниска от тази на околния въздух — без електрическо захранване или компресор.

Полимер с точно необходимите свойства

Учените са избрали поливинилиденфлуорид (PVDF) — полимер, известен със способността си да излъчва топлина в инфрачервения спектър. Кристина Висенте, изследовател в IMN-CNM и ръководител на проекта COOLed, обяснява, че този материал „съчетава комбинация от свойства“, които го правят идеален: освен че ефективно излъчва топлина, той издържа на ултравиолетово излъчване и отблъсква водата, което му придава самопочистващ ефект, както и добра устойчивост на атмосферните условия.

Ключът към пробива се крие не толкова в самия материал, колкото в начина, по който е структуриран. Екипът е инфилтрирал полимера в нанопорести шаблони от анодиран алуминиев оксид, създавайки триизмерни структури, чиято вътрешна геометрия може да бъде контролирана с изключителна прецизност. Това е от решаващо значение, тъй като оптичните характеристики на тези охлаждащи материали зависят от дизайна им на нанометрово ниво.

Данните потвърждават потенциала на технологията: оптимизираната версия на материала, обработена чрез ултрабързо охлаждане след инфилтрирането на полимера, отразява средно 82,4% от слънчевата радиация и излъчва 96,7% от топлината в инфрачервения диапазон от 8 до 13 микрометра — диапазона, през който тази топлина може да се освобождава в космоса.

На теория тази комбинация осигурява охлаждащ капацитет от 182,3 вата на квадратен метър при слънчева радиация от 1000 W/m². Тестовете на покрива в Трес Кантос, близо до Мадрид, при максимална слънчева радиация от 962 W/m² потвърдиха тези резултати в реални условия.

Почти 13 градуса по-ниска температура на покрива

Теорията беше подложена на изпитание миналото лято чрез тестове на открито върху покрива на центъра в Трес Кантос, Мадрид. След като материалът беше обработен с ултравиолетова светлина, което го избели и подобри способността му да отразява слънчевата радиация, резултатите показаха, че в най-горещите, сухи и слънчеви дни обработената повърхност е останала с до 12,9°C по-хладна от необработена повърхност.

Самите изследователи подчертават, че технологията все още е в процес на разработване, но отбелязват, че производственият процес е сравнително евтин и съвместим със съществуващи индустриални технологии.

Това отваря възможности за приложения, вариращи от фасади и покриви на сгради до електронни устройства, автомобили и дори системи за персонално охлаждане — с една и съща цел: намаляване на зависимостта от климатици и свързаните с тях емисии.