Nowy materiał syntetyczny, który jest bardziej przezroczysty niż szkło, dodaje prywatności, chłodzi wnętrze pomieszczenia i czyści automatycznie

Jak wynika z najnowszego wydania Nature Communications, naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) zaprezentowali materiał na bazie polimerów o unikalnych właściwościach. Materiał ten przepuszcza światło słoneczne, utrzymuje bardziej komfortowy klimat w pomieszczeniu bez dodatkowej energii i czyści się jak liść lotosu. To nowe rozwiązanie może w przyszłości zastąpić szklane elementy ścian i sufitów. Zespół badawczy pomyślnie przetestował materiał w testach zewnętrznych na terenie kampusu KIT.

Naukowcy z KIT opracowują przezroczysty materiał do regulacji energii świetlnej i temperatury w budynkach

Maksymalizacja naturalnego światła w budynkach jest powszechna i może pomóc w obniżeniu kosztów energii. Jednak tradycyjne szklane sufity i ściany stwarzają problemy, takie jak odblaski, brak prywatności i przegrzanie. Rozwiązania alternatywne, takie jak powłoki i materiały rozpraszające światło, nie zapewniły jeszcze lekarstwa na wszystko.

Materiał o wielu funkcjach

Naukowcy z Instytutu Technologii Mikrostruktur (IMT) i Instytutu Technologii Światła (LTI) w KIT ​​opracowali nowy metamateriał na bazie polimerów, który łączy w sobie różne właściwości i może w przyszłości zastąpić elementy szklane w budownictwie. Ten wielofunkcyjny metamateriał o mikrostrukturze na bazie polimerów (PMMM) składa się z mikroskopijnych piramid wykonanych z krzemu. Te maleńkie piramidy mierzą około dziesięciu mikrometrów, co odpowiada jednej dziesiątej średnicy włosa. Taka konstrukcja nadaje warstwie PMMM kilka funkcji: rozpraszanie światła, samooczyszczanie i chłodzenie radiacyjne przy zachowaniu wysokiego poziomu przezroczystości.

Główną zaletą jest możliwość wydajnego emitowania ciepła przez długofalowe okno transmisji podczerwieni w atmosferze ziemskiej, uwalniając ciepło do zimnej przestrzeni Wszechświata. Umożliwia to pasywne chłodzenie promiennikowe bez zużycia energii elektrycznej.

Cena S. Richards, profesor w IMT i LTI.

Chłodzenie, przepuszczalność światła i brak oślepiania

W laboratorium i podczas eksperymentów na świeżym powietrzu w rzeczywistych warunkach naukowcy przetestowali właściwości materiału i zmierzyli jego przepuszczalność światła, rozpraszanie światła, właściwości odbicia, zdolność samooczyszczania i wydajność chłodzenia przy użyciu najnowocześniejszej spektrofotometrii. Wyniki: W testach uzyskano chłodzenie o 6°C w porównaniu z temperaturą pokojową. Ponadto materiał wykazywał wysoką przepuszczalność widmową, czyli przezroczystość, wynoszącą 95%. Dla porównania, szkło ma na ogół przezroczystość 91%. Jednocześnie maleńka piramida rozprasza 73% wpadającego światła słonecznego, tworząc zamglony wygląd.

„Zastosowanie tego materiału na sufitach i ścianach zapewnia jasne, ale nieoślepiające przestrzenie wewnętrzne z ochroną prywatności w pracy i życiu codziennym. W szklarniach wysoka przepuszczalność światła może zwiększyć plony, ponieważ wydajność fotosyntezy jest o 9% wyższa niż w szklarniach ze szklanymi dachami.» mówi Ryszard.

Mikropiramidy nadają również warstwie PMMM wyjątkowo hydrofobowe właściwości, podobne do liścia lotosu: woda tworzy kropelki i usuwa brud i kurz z powierzchni. Ta funkcja samooczyszczania sprawia, że ​​materiał jest łatwy w utrzymaniu i trwały.

Potencjał dla budownictwa i rozwoju miast

„„Nowo opracowane materiały mają potencjał do wykorzystania w różnych dziedzinach i znacząco przyczyniają się do zrównoważonej i energooszczędnej architektury” – wyjaśnia Richards. „Materiał ten może jednocześnie zoptymalizować wykorzystanie światła słonecznego w pomieszczeniach zamkniętych, zapewnić pasywne chłodzenie i zmniejszyć zależność od klimatyzacji. Rozwiązanie jest skalowalne i można je doskonale zintegrować z planami budowy zielonych budynków i zabudową miejską”.» mówi Huang.

W zeszłym roku zespół badawczy z Karlsruhe zdobył pierwsze miejsce w konkursie Public Choice Award w konkursie Helmholtza za najlepszy obraz naukowy.

przez www.kit.edu