Германские ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) предлагают альтернативный стеклу самоочищающийся метаматериал, который, по их заявлениям, не только прозрачен, но и обещает экологичное будущее.
Как указывают германские исследователи в опубликованном ими в журнале Nature Communications сообщении, стеклянные компоненты увеличивают естественное освещение здания в дневное время и снижают потребление энергии. Однако у них также есть ряд ограничений. Например, они пропускают яркий свет, который может вызвать дискомфорт, напряжение глаз, головную боль и снижение четкости зрения. “Это может негативно сказаться на производительности и общем самочувствии, особенно для тех, кто работает в условиях избыточного солнечного света или яркого освещения”, утверждают исследователи KIT. Кроме того, стеклянные крыши и стены могут создавать проблемы с конфиденциальностью и приводить к перегреву. Помимо этого, здания со стеклянными крышами и стенами, особенно в жарких регионах, потребляют больше электроэнергии для систем кондиционирования воздуха по сравнению с обычными зданиями.
В своем новом исследовании команда KIT утверждает, что недавно разработанный ими метаматериал под названием PMMM может преодолеть все эти ограничения. “Мы представили многофункциональный микрофотонный метаматериал на полимерной основе (PMMM) с микропирамидной структурой поверхности, который эффективно решает проблемы, с которыми сталкиваются традиционные стеклянные материалы”, отмечают авторы исследования.
Исследователи провели лабораторные и наружные испытания, чтобы проверить охлаждающую способность своего материала. “На протяжении всего теста температура PMMM была стабильно ниже температуры окружающей среды”, сообщили исследователи. Например, “в 14:48 температура PMMM была на ~6 °C ниже температуры окружающей среды, что свидетельствует о значительном уменьшении температуры в условиях высокой влажности Карлсруэ (немецкого города, где расположен KIT)”, добавили они.
PMMM также способен рассеивать больше солнечного света по сравнению с традиционным стеклом: 73 % излучения. Это означает, что он рассеивает падающий свет во многих направлениях, вместо того чтобы пропускать его прямо через себя, как это делает стекло. Это рассеивание приводит к более мягкому и равномерному распределению света внутри помещения, затрудняя обзор людям снаружи, тем самым повышая конфиденциальность и делая обстановку в помещении более комфортной.
Исследователи объясняют, что их метаматериал способен достичь всего этого благодаря пирамидкам микроразмеров, которые его образуют. Эти пирамидки изготовлены из силикона и имеют толщину, равную одной десятой человеческого волоса. “Структуры в виде микропирамид рассеивают солнечный свет и минимизируют потери на отражение за счет многократных отражений, в результате чего прозрачность для видимого света достигает 95 %, а общий коэффициент диффузного пропускания – 73 %”, отмечают авторы исследования.
Большая проблема, связанная со стеклянными стенами и крышами (особенно в высотных зданиях), заключается в том, что они требуют регулярной очистки. Однако PMMM обладает отличными свойствами самоочищения, аналогичными свойствам листьев лотоса. “Благодаря сходству микропирамид с микроконусами, обнаруженными на листьях лотоса, наш метаматериал также обладает превосходными супергидрофобными свойствами, способствующими самоочищению”, указывается в результатах исследования ученых KIT. При этом исследователи поясняют, что микрошарики на листьях лотоса задерживают влагу, из-за чего капли воды собираются в капли воды. Когда эти капли воды скатываются по поверхности листа, они собирают пыль и другие частицы. В конце концов, они падают, унося с собой всю грязь. Аналогичным образом, микропирамиды PMMM также превращают капли воды в шарики, что само по себе сохраняет материал чистым.
Как утверждают исследователи, PMMM изготавливается из экологически чистых и коммерчески выгодных полимерных материалов, что делает его отличной альтернативой стеклу.
