Умный материал переключается между нагревом и охлаждением за считанные минуты

Любой, кто когда-либо парковал машину на солнце в жаркий летний день, знает, что стеклянные окна отлично пропускают солнечный свет, но плохо пропускают тепло.


Теперь инженеры из Университета Дьюка разработали интеллектуальную оконную технологию, которая с помощью переключателя может переключаться между сбором тепла от солнечного света и охлаждением объекта. Такой подход может стать благом для экономии HVAC, потенциально сокращая потребление энергии почти на 20% только в Соединенных Штатах.

Электрохромная технология – материал, который меняет цвет или непрозрачность при воздействии электричества – подробно описана в статье, опубликованной 14 октября в журнале. Письма об энергетике Американского химического общества.

«Мы продемонстрировали самое первое электрохромное устройство, которое может переключаться между солнечным нагревом и радиационным охлаждением», – сказал По-Чун Сюй, доцент кафедры машиностроения и материаловедения Duke. «В нашем методе электрохромной настройки нет движущихся частей, и его можно настраивать непрерывно».

Умные окна из электрохромного стекла – это относительно новая технология, которая использует электрохромную реакцию для изменения стекла с прозрачного на непрозрачное и обратно в мгновение ока. Хотя существует множество подходов к созданию этого явления, все они включают размещение электрически чувствительного материала между двумя тонкими слоями электродов и пропускание между ними электрического тока. Хотя этот трюк достаточно сложно реализовать для видимого света, это становится еще более трудным, если также необходимо учитывать средний инфракрасный свет (лучистое тепло).

В статье Сюй и его аспирант Чэньси Суй демонстрируют тонкое устройство, которое взаимодействует с обоими спектрами света, переключаясь между режимами пассивного нагрева и охлаждения. В режиме обогрева устройство затемняется, поглощая солнечный свет и не позволяя выходить среднему инфракрасному свету. В режиме охлаждения затемненный слой, похожий на окно, очищается, одновременно открывая зеркало, которое отражает солнечный свет и позволяет рассеиваться среднему инфракрасному свету позади устройства.

Поскольку зеркало никогда не бывает прозрачным для видимого света, устройство не заменит окна в домах или офисах, но его можно использовать на других поверхностях здания.

«Очень сложно создать материалы, которые могут работать в обоих этих режимах», – сказал Сюй. «Наше устройство имеет один из самых больших диапазонов настройки теплового излучения, когда-либо продемонстрированных».

При разработке такого устройства необходимо было преодолеть две основные проблемы. Первым было создание электродных слоев, которые проводят электричество и прозрачны как для видимого света, так и для теплового излучения. Большинство проводящих материалов, таких как металлы, графит и некоторые оксиды, не подходят для этого, поскольку эти два свойства противоречат друг другу, поэтому Хсу и Суй разработали свои собственные.