Учёные из Университета Колорадо в Боулдере представили необычную разработку — тонкий и почти полностью прозрачный теплоизолятор для окон под названием MOCHI (Mesoporous Optically Clear Heat Insulator, “Мезопористый оптически прозрачный тепловой изолятор”). Этот материал создан для того, чтобы резко снизить теплопотери и, как следствие, энергопотребление зданий. А задача это непростая: только в США коммерческие здания поглощают более 40% всей вырабатываемой электроэнергии.
Новинка способна заметно улучшить тепловую защиту обычных окон, оставаясь при этом по сути «невидимой». MOCHI может производиться в виде крупных пластин или тонких гибких листов, которые легко крепятся на внутреннюю поверхность стекла. Как подчеркнул один из авторов разработки, профессор физики Иван Смалюк, цель проста: «Чтобы в помещении было комфортно при любых температурах снаружи — без лишних затрат энергии».
Как устроен MOCHI?
Исследователи описывают материал как «высокотехнологичную версию пупырчатой плёнки». Основа MOCHI — силиконовый гель, более чем на 90% состоящий из воздуха. Внутри него воздух заключён в сеть микроскопических пор — настолько малых, что их размеры в десятки раз меньше толщины человеческого волоса.
Эти миниатюрные воздушные капсулы и обеспечивают удивительные свойства материала. Например, пятимиллиметрового слоя достаточно, чтобы настолько эффективно блокировать тепло, что лист MOCHI может защитить ладонь от открытого огня.
Технология напоминает аэрогели — те самые «замороженные дымы», которые NASA использует в марсоходах. Но у аэрогелей есть существенный минус: они рассеивают свет и выглядят мутно. Для жилых окон это неприемлемо.
Команда Смалюка нашла способ сохранить прозрачность. Производство начинается с того, что в жидкость добавляют специальные молекулы — ПАВ (поверхностно-активные вещества). Они самопроизвольно собираются в тонкие нити. Затем силиконовые молекулы обволакивают эти структуры. После удаления ПАВ их место занимают микрополости, заполненные воздухом.
Почему это работает? Обычный перенос тепла напоминает игру в бильярд: молекулы ударяются друг о друга и передают энергию. Но в пористой среде MOCHI у газовых молекул просто нет места для свободных столкновений — они отскакивают от стенок пор. Итог — почти нет теплопередачи.
При этом слой MOCHI отражает всего 0,2% света, так что прозрачность окна практически не меняется.
Почему это важно?
Сегодня материал существует лишь в экспериментальных образцах и пока не продаётся. Но его потенциал куда шире, чем простая изоляция окон. Инженеры рассматривают MOCHI как основу для солнечных тепловых систем, которые смогут улавливать солнечное тепло даже при облачной погоде и направлять его на обогрев зданий или нагрев воды.
Процесс производства пока довольно длительный, однако он основан на недорогих компонентах — значит, технология может стать массовой, если её оптимизировать.
Если MOCHI удастся довести до промышленного уровня, то его применение способно изменить подход к строительству: от частных домов до небоскрёбов с огромными стеклянными фасадами. Ведь именно через прозрачные поверхности теряется (или поступает слишком много) тепла. А это серьёзная статья энергозатрат.
О разработке подробно рассказано в журнале Science.
