Охлаждающее полимерное покрытие снижает температуру любой поверхности

Ярко-белое покрытие отлично показало себя на испытаниях.

Фото Columbia University.

Полимерное покрытие использует крошечные пузырьки для охлаждения зданий.

Фото Columbia University.

Микроскопическое изображение пенообразной структуры полимера.

Фото Columbia University.

В самых разных уголках мира люди часто окрашивают крыши домов в белый цвет, дабы отразить как можно больше солнечного света и сохранить таким образом прохладу в доме. Зачастую к такому способу прибегают жители развивающихся стран, где люди, например, не могут позволить себе кондиционеры.

Подобный подход известен как пассивное дневное радиационное охлаждение.

Недавно же учёные из Колумбийского университета представили новое полимерное покрытие, которое можно нанести практически на любую поверхность и тем самым значительно понизить её температуру.

Зачем придумывать что-то ещё, когда нехватки белой краски не наблюдается? Дело в том, что обыкновенная белая краска содержит пигменты, поглощающие ультрафиолетовое излучение. Кроме того, они не очень хорошо отражают и излучение на более длинных волнах (видимый свет). Собственно, в этом и заключается основной недостаток обычной белой краски.

Новое же покрытие не содержит подобных пигментов: вместо них в пористом материале присутствуют крошечные воздушные карманы.

Изначально специалисты Колумбийского университета экспериментировали с созданием высоко отражающих материалов при помощи добавления воздушных пустот (карманов) в пластмассы.

Специалисты наткнулись на простой способ создания подобной структуры. Они изучали методы "одеревенения" обычного полимера под названием полидиметилсилоксан: жидкий материал превращался в твёрдую тонкую плёнку. Тогда учёный заметил, что прозрачный материал трансформировался в белый при определённых условиях.

Изучая материал под микроскопом, исследователи увидели, что в высушенной плёнке образовался массив взаимосвязанных воздушных пустот, в результате чего материал начал сильнее отражать свет. (Этот же эффект объясняет, почему снег белый, хотя кубики льда прозрачные.)

Спустя время разработчики обнаружили, что могут проделать тот же трюк с другими полимерами. В конечном итоге они остановили свой выбор на очень прочном полимере PVDF-HFP (поливинилиденфторид).

Создание подобных "кармашков" в новом полимерном покрытии начинается с прозрачного раствора, состоящего из полимера, растворителя и воды. Его можно нанести на любую поверхность: крышу, наружные стены здания, резервуар для воды и другую структуру, которую нужно уберечь от тепла.

По мере испарения растворителя вода образует внутри полимера крошечные капельки. Как только вода повторяет путь растворителя (испаряется), остаётся множество микроскопических воздушных карманов (как на фото ниже), из-за которых полимер становится ярко-белым.

Микроскопическое изображение пенообразной структуры полимера.
Микроскопическое изображение пенообразной структуры полимера.
Фото Columbia University.

Испытания показали, что полимерное покрытие отражает свыше 96 процентов падающего солнечного света, уменьшая солнечный нагрев.

Поверхности, окрашенные полимерной краской и оставленные под безжалостным солнцем Аризоны, оставались на шесть градусов Цельсия холоднее, чем окружающий воздух, сообщают авторы работы.

 

Если же потребители не захотят "красить" всё в белый цвет, то, согласно разработчикам, в покрытие можно добавить цветные красители. В результате покрытие практически сохранит свои отражательные характеристики.

По мнению ведущего исследователя работы Юаня Яна (Yuan Yang), сейчас самое подходящее время для подобных разработок.

"В этом году мы стали свидетелями аномальной жары и рекордных температур в Северной Америке, Европе, Азии и Австралии. Важно, чтобы мы нашли решения этой климатической проблемы, и мы очень рады работать над этой новой технологией, которая её решает", — говорит ведущий учёный исследования Ян.

Описание нового полимерного покрытия представлено в научном издании Science.

Добавим, что ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о создании экокондиционера из подручных материалов и красок из стекла, защищающих помещения от перегрева в солнечные дни .