Новые пленки, которые не поглощают свет, могут быть использованы снаружи зданий, транспортных средств и оборудования для снижения энергозатрат, необходимых для охлаждения, при сохранении ярких цветовых свойств.

"В зданиях большое количество энергии используется для охлаждения и вентиляции, а включение кондиционера в электромобилях может сократить дальность езды более чем наполовину", - сказал руководитель исследовательской группы Ваньлин Ван из Университета Шэньчжэня в Китае. "Наши охлаждающие пленки могли бы способствовать повышению энергетической устойчивости и углеродной нейтральности".

В Optica, журнале Optica Publishing Group для исследований с высокой отдачей, исследователи показывают, что разработанные ими пленки снижают температуру цветных объектов примерно на 2 ° C ниже температуры окружающей среды. Они также обнаружили, что при нахождении на улице в течение всего дня синяя версия пленок была примерно на 26 °C холоднее, чем традиционная синяя автомобильная краска. Это обеспечивает ежегодную экономию энергии примерно в 1377 МДж/^м2 в год.

"С помощью наших новых пленок можно добиться превосходных характеристик охлаждения, независимо от желаемого цвета, насыщенности или яркости", - сказал Ван. "Их можно было бы даже использовать на текстиле для создания одежды любого цвета, комфортной при высоких температурах".

Вдохновленный природой

Автомобиль, окрашенный в синий цвет, кажется синим, потому что он поглощает желтый свет и отражает синий. Большое количество поглощаемого света нагревает автомобиль. Бабочки Morpho, однако, приобретают свой очень насыщенный синий цвет благодаря наноструктуре своих крыльев. Дизайн охлаждающей нанопленки имитирует эти структуры для получения ярких цветов, которые не поглощают свет, как традиционные краски.

Чтобы создать свои нанопленки, вдохновленные Морфо, исследователи поместили неупорядоченный материал (шероховатое матовое стекло) под многослойный материал, изготовленный из диоксида титана и диоксида алюминия. Затем они поместили эту структуру на слой серебра, который отражает весь свет, таким образом предотвращая поглощение солнечной радиации и нагрев, связанный с этим поглощением.

Цвет пленки определяется тем, как компоненты в ее многослойной структуре отражают свет. Например, для создания синего цвета многослойный материал предназначен для отражения желтого света в очень узком диапазоне углов, в то время как неупорядоченная структура рассеивает синий свет по широкой площади.

Хотя этот тип пассивного фотонного терморегулирования применялся и ранее, он использовался только с белыми или прозрачными объектами, поскольку трудно поддерживать широкий угол обзора и высокую насыщенность цвета.

Пассивное охлаждение красочных объектов

"Благодаря разработанной нами многослойной структуре мы смогли распространить метод пассивного охлаждения с бесцветных объектов на цветные, сохранив при этом цветопередачу", - сказал Ван. "Другими словами, наша синяя пленка выглядит синей в широком диапазоне углов обзора и не нагревается, потому что отражает весь свет. Кроме того, высокая насыщенность и яркость могут быть достигнуты за счет оптимизации структуры."

Чтобы протестировать новую технологию, исследователи создали синие, желтые и бесцветные пленки, которые они разместили на открытом воздухе в Университете Шэньчжэня, на таких поверхностях, как крыши, автомобили, ткань и сотовые телефоны, с 9 утра до 16 вечера как зимой, так и летом. Используя датчики термопары и инфракрасные камеры для измерения температуры, они обнаружили, что охлаждающие пленки были более чем на 15? холоднее, чем поверхности, на которые они были положены зимой, и примерно на 35? летом прохладнее.

Исследователи отмечают, что замена серебряной пленки алюминиевой сделала бы пленки менее дорогими и технологичными с помощью масштабируемого метода изготовления, такого как испарение электронным лучом и магнетронное распыление. Теперь, когда они продемонстрировали охлаждающие и цветовые характеристики пленок, исследователи планируют изучить и оптимизировать другие свойства, такие как механическая и химическая стойкость.