Краска отражает солнечный свет и охлаждает поверхность на 16°C Фото: более разогретый квадрат слева покрыт одним слоем чёрной краски, а менее справа - чёрной двухслойной. Предоставлено: Jyotirmoy Mandal

Чтобы решить эти проблемы, исследователи сфокусировались на отражении инфракрасного света в диапазоне длин волн 0,74–2,5 мкм (ближний и коротковолновый участок инфракрасной области спектра). В этом промежутке происходит перенос примерно половины всей солнечной тепловой энергии, поэтому отражение этой части спектра значительно снижает температурное воздействие на поверхность материала

Ученые разработали двухслойную краску, которая способна значительно охладить освещенные солнцем поверхности и при этом иметь различные цвета. Исследователи говорят, что рассеивающий солнечные лучи подслой покрытия может поддерживать температуру поверхности при сильном солнечном излучении почти на 16°C ниже, чем при использовании обычной краски. Такие покрытия могут наноситься на здания, автомобили и даже текстиль для радиационного охлаждения летом.

Например, около 15% потребления электроэнергии в США используется для охлаждения внутреннего пространства помещений. Помимо того, что для этого требуется много энергии, обычно требуется использование химических хладагентов, способных нанести вред окружающей среде. Поэтому необходима разработка низкоэнергетических, экологически чистых альтернативных подходов к охлаждению зданий.

Одной из областей, которой сейчас уделяется много внимания, является использование поверхностей, которые очень хорошо отражают солнечный свет. «Если улучшить отражающую способность стен или крыши, можно снизить температуру поверхностей ограждающих конструкций и уменьшить потребление электроэнергии на охлаждение».

Какая за этим стоит проблема?

Достичь этого можно просто, если покрасить поверхности в белый цвет, покрыть их зеркалами или металлическими элементами с высокой отражающей способностью.

Исследователи изучили ряд искусственных и естественных фотонных структур, обладающих высокой отражающей способностью. Проблема с этими идеями состоит в том, что они отражают весь или большую часть солнечного света, делая здания яркими и ослепляющими.

Чтобы решить эти проблемы, исследователи сфокусировались на отражении инфракрасного света в диапазоне длин волн 0,74–2,5 мкм (ближний и коротковолновый участок инфракрасной области спектра). В этом промежутке происходит перенос примерно половины всей солнечной тепловой энергии, поэтому отражение этой части спектра значительно снижает температурное воздействие на поверхность материала.

Для этого было разработано покрытие, состоящее из двух слоев. Наружный слой представляет собой обычную краску разных цветов, а внутренний отражает почти все ближние и короткие инфракрасные волны.

Синий, красный, желтый и черный

В ходе испытаний синий, красный, желтый и черный оттенки краски отражали излучение более эффективно, чем обычные однослойные краски того же цвета. Под полуденным летним солнцем черная версия поддерживала температуру поверхности материала на 15,6°C ниже, чем типовая черная краска.

Хотя общее влияние на внутреннюю температуру помещения зависит от множества факторов, таких как размер здания, состав материала ограждающих конструкций и его толщина, соотношение площади стен и окон, тем не менее инновационное покрытие может снизить нагрев стен примерно на 10–20%. Внешний слой покрытия поглощает видимый свет для получения желаемого цвета. Внутренний слой выполнен из пористого полимера, который рассеивает и отражает ближнюю и короткую область инфракрасного излучения.

«Стратегия состоит в том, чтобы повысить отражающую способность в инфракрасной области света, чтобы можно было сохранить цвет и отразить большую часть теплового излучения для охлаждения здания».

Разные оттенки

Помимо использования красок разного цвета, исследователи обнаружили, что, изменяя толщину верхнего слоя покрытия, они могут получать разные оттенки одного цвета. Например, тонкий верхний слой суданского синего цвета дает белесоватый синий, а толстый слой - темно-синий.

Они также продемонстрировали стабильность и долговечность двухслойного покрытия без изменения цвета или отражающей способности при нахождении на улице или в печи при 60°C в течение 30 дней.

По мнению исследователей, двухслойная конструкция покрытия повышает его универсальность. Верхний слой может быть изменен для достижения определенных качеств, таких как защита от атмосферных воздействий, в то время как отражающая способность нижнего слоя в инфракрасном диапазоне остается неизменной.

Кроме этого, такой краской можно покрасить волокна ткани, чтобы получить материал с высоким коэффициентом отражения для сохранения прохлады летом.

Подробное описание двухслойной краски опубликовано в журнале Science Advances, 24 Апреля 2020: Vol. 6, no. 17, eaaz5413, DOI: 10.1126/sciadv.aaz5413.

 

Источник: Physics World

 

Комментарии

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Другие публикации по теме