Прозрачный метаматериал для энергоэффективного регулирования в здании может очистить себя, как лист лотоса

Охлаждение, передача света и без бликов: новый материал сочетает в себе несколько уникальных свойств.Кредит: Ган Хуанг, Кит

Исследователи из Института технологий Карлсруэ (KIT) вводят материал на основе полимеров с уникальными свойствами в журнале Nature Communications.Этот материал позволяет солнечному свету войти, поддерживает более удобный крытый климат без дополнительной энергии и очищается как лист лотоса.Новая разработка может заменить стеклянные компоненты в стенах и крышах в будущем.Исследовательская группа успешно проверила материал в тестах на открытом воздухе в кампусе Kit.

Максимизация естественного света в зданиях популярен и может сэкономить на затратах на энергию.Тем не менее, традиционные стеклянные крыши и стены также представляют такие проблемы, как блики, отсутствие уединения и перегрев.Альтернативные решения, такие как покрытия и светлые материалы, еще не предоставили комплексное средство.

Исследователи из Института технологии микроструктуры (IMT) и Института технологий света (LTI) в KIT в настоящее время разработали новый метаматериал на основе полимеров, который сочетает в себе различные свойства и может заменить стеклянные компоненты в строительстве в будущем.

Этот микрофотонический многофункциональный метаматериал (PMMM) на основе полимеров состоит из микроскопических пирамид из силикона.Эти микро-пирамиды измеряют около 10 микрометров, что составляет около одной десятой диаметра волос.Этот дизайн дает пленке PMMM несколько функций: диффузия света, самоочистение и радиационное охлаждение при сохранении высокого уровня прозрачности.

«Ключевой особенностью является способность эффективно излучать тепло через длинноволновое окно трансмиссии атмосферы Земли.в IMT и LTI.

В лаборатории и в экспериментах под открытым небом в реальных условиях наружного воздуха исследователи проверили свойства материала и измерили его светопроверсимость, рассеяние света, свойства отражения, способность самоочищения и характеристики охлаждения с использованием современной спектрофотометрии.

Испытания достигли охлаждения 6 ° C по сравнению с температурой окружающей среды.Кроме того, материал показал высокую спектральную пропускную способность или прозрачность 95%.Для сравнения, стекло обычно имеет прозрачность 91%.В то же время структура микро-пирамиды разбросает 73% входящего солнечного света, что приводит к размытому внешнему виду.

«Когда материал используется в крышах и стенах, он позволяет иметь яркие, но без ярких, и защищенные от конфиденциальности помещения для работы и жизни. В теплицах высокая световая передача может увеличить доходность, поскольку эффективность фотосинтеза оценивается в девять процентоввыше, чем в теплицах со стеклянными крышами », - говорит Ган Хуанг, руководитель группы в IMT.

Микро-пирамиды также дают пленку PMMM супергидрофобные свойства, похожие на лист лотоса: водяные шарики в капельках и удаляет грязь и пыль с поверхности.Эта функция самоочищения делает материал простым в обслуживании и долговечке.

«Наш недавно разработанный материал может использоваться в различных областях и внесет значительный вклад в устойчивую и энергоэффективную архитектуру»,-объясняет Ричардс.

«Материал может одновременно оптимизировать использование солнечного света в помещении, обеспечить пассивное охлаждение и снизить зависимость от кондиционеров. Решение масштабируемое и может быть легко интегрировано в планы экологически чистого строительства и городского развития», - говорит Хуанг.

Больше информации: Gan Huang и др.Doi: 10.1038/s41467-024-48150-2