Этим летом волны чудовищной жары несколько раз обрушивались на европейские страны. В связи с этим, ученые задумались о лучшем охлаждении и теплоизоляции зданий. Исследователи из Китая разработали гидрогелевое стекло, которое может избирательно блокировать тепло Солнца, не блокируя его свет.
Проблема с обычными стеклами
Обычное стекло предназначено для того, чтобы пропускать видимый свет и освещать помещение, но с инфракрасным светом, который мы ощущаем как тепло, все сложнее. Стекло пропускает внутрь здания излучение ближнего инфракрасного диапазона солнечного света, в то же время предотвращая выход среднего инфракрасного диапазона. Как следствие, здание нагревается. Летом это заставляет людей активнее использовать кондиционеры, что приводит к большему потреблению энергии.
Чтобы решить эту проблему, ученые из Уханьского университета провели ряд экспериментов с новыми материалами для окон, которые по-разному взаимодействуют со светом. Решением стал гидрогель.
Гидрогелевое стекло
Гидрогелевое покрытие толщиной всего несколько миллиметров, нанесенное на обычное стекло, решило проблему с нагревом помещений.
Оно отражает свет ближнего инфракрасного диапазона снаружи помещения и позволяет большему количеству света среднего инфракрасного диапазона покидать здание. При этом стекло с гидрогелевым покрытием остается столь же прозрачным для видимого света, как и обычное окно.
Идея заключается в том, что фотоны видимого света могут проникать в воду более чем на 1 м, в то время как фотоны из ближней инфракрасной части спектра проходят всего на несколько миллиметров. Учитывая это, гидрогели можно считать естественным селективным барьером.
Результаты испытаний
Тесты показали, что гидрогелевое стекла выпускают 96% инфракрасного света непосредственно в космос, поскольку свет этой длины волн не блокируется атмосферой. Это позволяет сохранять внутреннее пространство здания более холодным.
Важно отметить, что гидрогелевое стекло не выглядит тусклее обычного стекла. Фактически, оно пропускает даже больше света. В зависимости от толщины гидрогелевого слоя, он пропускает в помещение до 92,8% видимого света, в то время как обычное стекло пропускает лишь 92,3% видимого света.
Команда проверила работу гидрогелевого стекла на модельных домах размером 20 x 20 x 20 см с толстыми теплоизолированными стенами и одним большим окном. Датчики показали, что стеклопакеты с гидрогелем снижают внутреннюю температуру здания примерно на 3,5 градуса Цельсия. Разница между 30 градусами и 26,5 градусами может быть весьма ощутимой.
Ученые говорят, что материал может снизить затраты энергии на охлаждение, что будет полезно как для окружающей среды, так и для кошельков пользователей. Сами же гидрогели стоят довольно дешево, потому создание покрытий для окон не должно стать проблемой.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers of Optoelectronics.
