Пористые полимерные покрытия динамически контролируют свет и тепло

Ученые из Колумбийского университета разработали пористые полимерные покрытия, обеспечивающие недорогое и масштабируемое управление светом и теплом в зданиях.

Команда использовала оптическую переключаемость ППП на длинах волн солнечных лучей, чтобы контролировать нагрев и дневное освещение, сообщает sciencedaily.com. Ученые расширили диапазон до инфракрасного спектра. Это позволило управлять излучаемым объектами теплом.

Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.

«Увлажняя ППП жидкостями, вроде спиртов и воды, мы можем обратимо переключать их оптический коэффициент пропускания солнечных и тепловых длин волн, — сказал ведущий автор, Джотирмой Мандал, докторант в лаборатории Юаня Яна. – Нанося покрытия на полые пластиковые или стеклянные панели, мы можем создавать оболочки, управляющие внутренней температурой и освещенностью».

Дизайн соответствует умным окнам, но с большей оптической переключаемостью. Структура также использует менее сложные, дорогие материалы, подходит для крупномасштабного производства. Работа основана на прошлом исследовании, показавшем, что напоминающее краску фторполимерное покрытие с нано- и микромерными воздушными порами охлаждает здания. Но материал действовал статично.

«В местах, вроде Нью-Йорка, с жарким летом и суровыми зимами, требовалось переключение между режимами нагрева и охлаждения», — сказал Ян.

Мандал заметил, что несколько капель спирта, попавшего на белое фторполимерное покрытие, делает его прозрачным.

«Так же влажная бумага начинает просвечиваться. Но здесь механизм достиг почти оптимального уровня», — сказал специалист.

Пористые структуры кажутся белыми из-за разных индексов рефракции полостей (около 1) и материала (1,5). Попадание воды (1,33) уменьшает рассеивание, делая материал просвечивающим. Передача света усиливается при уравнивании индексов. Исследователи обнаружили, что показатели фторполимера (1,4) и обычных спиртов (1,38) очень похожи.

«Нанесение этих жидкостей делает покрытие оптически однородным, — сказал Ян. – Свет проходит сквозь него, как через обычное стекло».

Команда смогла менять проницаемость ППП на 74% для солнечных лучей, на 80% — для видимого спектра. Переключение медленнее, чем у умных окон, но более эффективное. ППП охладило белую крышу на 3°С в сравнении с окружающим воздухом, черную – на 21°С. На инфракрасных волнах ученые наблюдали новый механизм переключения между «ледником» и «парником». Сухое ППП отражало свет, но передавало излученное тепло, влажное – наоборот.