Необычное свойство диоксида ванадия было обнаружено много лет назад. Его тонкий слой поглощает инфракрасное излучение — например, от солнечного света — только ниже определенной температуры. Выше этой температуры он начинает отражать ее. Однако предел, ниже которого диоксид ванадия начинает отражать инфракрасное излучение, составляет 68 градусов Цельсия. Слишком высокая цена, чтобы думать о практическом применении такого покрытия.
Однако исследователи полагали, что смогут найти подходящий легирующий элемент и заставить такое покрытие из диоксида ванадия перейти от пропускания к отражению инфракрасного излучения при гораздо более низкой температуре. Многие кристаллы изменяют свои физические свойства, когда к ним добавляют атомы другого элемента. Таким образом, изменяются свойства полупроводников, что используется в производстве диодов, транзисторов или лазеров.
В 2004 году исследователи из Университетского колледжа Лондона (UCL) показали, что эту температуру действительно можно снизить. Если в диоксид ванадия ввести другой металл, вольфрам, то покрытие меняет свои свойства уже при температуре 29 градусов. Исследователи подумали об энергоэффективных окнах, которые отражали бы солнечное тепло летом, но пропускали его в помещения зимой. Они подсчитали, что такая технология позволит сэкономить до половины энергии, используемой для охлаждения помещений.
Остекление, которое охлаждает летом, не прижилось
Метод, разработанный исследователями UCL, позволил наносить такое покрытие в процессе производства стекла. К сожалению, покрытие имело непривлекательный зелено-желтый цвет. На охлаждающие стаканы желающих не нашлось. Возможно, никто не хотел смотреть из окон, которые окрашивали мир в зеленоватый цвет. Температурный предел в 29 градусов также не был особенно привлекательным, мы должны признать. Если мы хотим охладить помещения летом, мы предпочтем сделать это при более низкой температуре.
Теперь исследователи из американской Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли и сингапурского Наньянского технологического университета сообщают о почти идентичном открытии. Их работа была опубликована в престижном научном журнале Science. Ученые разработали покрытие из диоксида ванадия, легированного вольфрамом, которое меняет свои свойства при температуре 25 градусов. И эта температура уже достаточно низкая, чтобы обеспечить тепловой комфорт в жаркие летние дни.
Изобретатели нанесли покрытие из такого модифицированного диоксида ванадия на поли(метилметакрилат), так называемое акриловое стекло, широко известное как плексиглас. Они назвали материал «температурно-адаптивным радиационным покрытием», или сокращенно TARC.
TARC охлаждает все, что может стать слишком горячим. От крыши дома до спутника
Преимущество нового материала в том, что он наносится на слой пластика. Поэтому его можно серийно производить для установки на зданиях. — TARC немного похож на клейкую ленту. Его можно прикреплять к поверхностям, например, к крышам, говорит профессор Цзюньцяо Ву из Лабораторий Беркли, изобретатель материала.
TARC уже был протестирован в 12 из 15 климатических зон США. Крыша, покрытая им, экономит до 10 процентов энергии, используемой для охлаждения здания.
К сожалению, покрытие все еще имеет зеленовато-желтый цвет. На крыше дома он, скорее всего, никого не побеспокоит. Нанесение его на внешние стены может быть делом вкуса (или местных правил, регулирующих цвета фасадов).
Не каждый захочет смотреть на мир через желтоватое оконное стекло. Однако можно представить себе ставни из такого материала, которые закрываются только в жаркую погоду. Возможно также, что другие добавки сделают материал полностью прозрачным для света.
Профессор Ву считает, что это покрытие можно использовать для защиты от перегрева — и тем самым продлить срок службы — батарей ноутбуков и смартфонов, спутниковых антенн и деталей автомобилей. — Он также может найти применение в теплицах, чехлах для палаток и даже в одежде и головных уборах, предполагает профессор Ву.
