Как лотос: энергетически эффективный метаматериал к тому же самоочищается

В Технологическом институте Карлсруэ (KIT), Германия, создали полимерный материал с уникальными свойствами. В будущем разработка может заменить стёкла в стенах и крышах. Исследователи успешно протестировали «оргстекло» на открытом воздухе в вузовском городке.


Естественное освещение в зданиях позволяет экономить электроэнергию. Однако распространённые стеклянные крыши и окна небезупречны: бликуют, внутри возникает неуютное чувство из-за видимости интерьера извне, а также наступает перегрев от солнца. Ранее придуманные решения проблем в виде дополнительных покрытий и светорассеивающих материалов пока не устранили всех недостатков остекления.

Создатели называют свою новинку полимерным микрофотонным многофункциональным метаматериалом (PMMM). Структурно он состоит из микроскопических пирамидок из силикона. Микропирамидки эти размером около 10 мкм, примерно 0,1 толщины волоса. Такая конструкция наделяет слой PMMM несколькими полезнейшими функциями.

Профессор Брайс Ричардс объяснил, что ключевая особенность технологического новшества — отдача тепла в виде длинноволнового инфракрасного излучения. Речь идёт о пассивном излучающем охлаждении без потребления электроэнергии.



В лаборатории и в ходе экспериментов под открытым небом исследователи проверили методами современной спектрофотометрии свойства PMMM: светопропускание, светорассеяние, отражательный показатель, способность к самоочищению и охлаждающие характеристики.

В ходе испытаний было достигнуто охлаждение на 6 °C по сравнению с температурой окружающей среды. Кроме того, материал проявил высокий спектральный коэффициент пропускания, то есть прозрачность для света, которая составила 95%. Для сравнения, обычная прозрачность стекла — около 91%. В то же время микропирамидная структура PMMM рассеивает 73% солнечного света, что выглядит как матовость.

Исследователь из KIT Ган Хуан рассказал, что в качестве материала для крыш и окон новинка делает помещения ярко освещёнными, но без бликов, и защищёнными от посторонних глаз. В теплицах высокая светопроницаемость PMMM должна повышать урожайность, поскольку эффективность фотосинтеза, по оценкам, будет на 9% выше, чем в теплицах со стеклянными крышами.

Микропирамидки в структуре также придают плёнке из PMMM супергидрофобные свойства, то есть подобие листу лотоса. Как известно, в регионах произрастания лотос традиционно считается символом чистоты. Вода собирается на таких структурах в капельки и удаляет с поверхности грязь и пыль. Функция самоочистки делает материал простым в уходе и долговечным.

Ган Хуан подчеркнул, что инновационное покрытие может одновременно оптимизировать использование солнечного света в помещении, обеспечить пассивное охлаждение и снизить зависимость от кондиционеров. Что важно, технологическое решение можно легко масштабировать и внести в планы экологически чистого строительства.