На обогрев и охлаждение наших жилищ ежегодно расходуются колоссальные объёмы, поэтому так важен поиск новых решений проблемы пассивного контроля температуры. В связи с этим немецкие и китайские физики недавно изобрели уникальную древесную пену, которая может эффективно охлаждать здания, причем процесс охлаждения можно легко регулировать.

Легкая пена (левое изображение), изготовленная из нанокристаллов целлюлозы, сохраняет прохладу под воздействием солнечного излучения (розовая коробка; правое изображение). Credit: Adapted from Nano Letters 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00844

Известно, что кондиционирование является эффективным, но не самым экологичным способом охлаждения воздуха. В последние годы ученые разрабатывают технологии, не требующие больших затрат электроэнергии, включая супербелые или зеркальные покрытия, отражающие солнечные лучи, а также системы радиационного охлаждения, которые выбрасывают тепловую энергию помещения в виде ИК излучения в небо, где оно проходя через атмосферу нашей планеты, рассеивается в холодном пространстве космоса.

Однако в зависимости от условий эффективность этих систем может сильно варьироваться. Так, например, отражающие покрытия могут пропускать тепло, если в помещении особенно жарко или влажно, а радиационное охлаждение не так хорошо работает в облачную погоду. При этом уровень охлаждения бывает очень сложно настроить.

Теперь исследователи из Университета Геттингена и Университета лесного хозяйства Нанкина представили новый продукт, который,  по их мнению, частично решает эти задачи. Материал представляет собой пенистую субстанцию содержащую древесину, которая отражая солнечное излучение, действует как теплоизоляция, выбрасывая поглощенное тепло обратно в атмосферу.

Инновационный материал изготовлен из нанокристаллов целлюлозы, объединенных между собой мостиками силана, сублимированных в белую, легкую пену. Готовый продукт отражает 96 процентов видимого излучения Солнца и испускает 92 процента поглощаемого им инфракрасного излучения.

Чтобы испытать охлаждающие способности материала, ученые разместили его над контейнером, выстеленным изнутри алюминиевой фольгой, и поставили его в полдень под прямые солнечные лучи. В итоге температура внутри контейнера оказалась на 16,5 °F (9,2 °C) ниже, чем снаружи, и даже в условиях повышенной влажности она оставалась на 13,3 °F (7,4 °C) ниже. По оценкам экспертов, если использовать этот метод для облицовки крыши и стен здания, то можно сократить потребление энергии на охлаждение в среднем на 35%.

Что любопытно, при сжатии материала охлаждающая способность пены снижалась. С одной стороны, это может считаться недостатком, но, по мнению команды, это свойство может стать полезным инструментом для точной настройки материла в зависимости от условий погоды или окружающей среды.

Исследователи утверждают, что охлаждающая пена может в конечном итоге проложить путь к созданию новых терморегулирующих материалов, которые не только не наносят вреда окружающей среде, но и снижают стоимость энергии, используемой для охлаждения.

Исследование было опубликовано в журнале Nano Letters.

Источники: Американское химическое общество (ACS), Journal Nano Letters
(htps://pubs.acs.org/doi/abs/10.1022/acs.nanlett.2b00844
(htps://www.acs.org/content/acs/au/pressroom/newsreleases/2022/may/keeping-buildings-cooler-with-wood-based-foam.html)