Как пингвины: материал, который может нагревать, охлаждать и блокировать тепло

Автор: Елена
Сегодня, 18:03

Ученые разработали необычный материал, вдохновленный способностью пингвинов сохранять комфортную температуру в самых разных условиях. Новая пленка способна автоматически переключаться между режимами нагрева и охлаждения, а также изменять свои свойства для работы с микроволновым излучением. Разработка создана исследователями из Харбинского технологического института, Хэнаньского педагогического университета и Сучжоуской лаборатории.

Основой материала стала так называемая пленка Януса — двустороннее покрытие, названное в честь двуликого римского бога. Ее ключевым компонентом является диоксид ванадия (VO₂). При температуре около 68 °C этот материал резко меняет свои свойства, переходя из состояния изолятора в проводящее металлоподобное состояние. Сопротивление при этом уменьшается примерно в 10 000 раз, что позволяет эффективно управлять прохождением микроволн.

Одна сторона пленки предназначена для нагрева. Она поглощает около 94,5% солнечной энергии и быстро разогревается под солнечным светом. В ходе испытаний температура поверхности достигала 73 °C в лаборатории и до 87 °C на открытом воздухе. При нагревании структура материала формирует проводящие пути, что кардинально меняет его взаимодействие с электромагнитными волнами.

При обычной температуре микроволны свободно проходят через пленку, однако после нагрева она начинает активно отражать и поглощать их. В диапазоне частот от 8,2 до 40 ГГц пропускание сигнала резко снижается. В X-диапазоне передача микроволн упала с 83,6% до 0,06%, а эффективность экранирования превысила 30 дБ. В качестве демонстрации ученые показали, как Bluetooth-соединение исчезает после нагрева материала.

Противоположная сторона пленки работает как система охлаждения. Благодаря частицам диоксида кремния и специальной пористой структуре она отражает более 90% солнечного света и эффективно отводит тепло в атмосферу. Во время испытаний поверхность оставалась на 4–12 °C холоднее окружающего воздуха, превращая один и тот же лист материала либо в солнечный нагреватель, либо в пассивный охладитель.

Обе стороны обладают супергидрофобными свойствами, отталкивают воду и препятствуют образованию льда. Замерзание удавалось задерживать более чем на 13 минут, а образовавшийся лед при температуре около -6 °C таял примерно за 17 минут. По мнению исследователей, такой материал может найти применение в строительстве, снижая энергозатраты зданий примерно на 11 кВт·ч на квадратный метр в год. Пока технология находится на лабораторной стадии, однако ее потенциал уже выглядит весьма многообещающим.

По материалам newatlas.com