Исследователи представят свои результаты на весеннем собрании Американского химического общества (ACS).

"Чтобы создавать материалы, которые остаются холоднее окружающего их воздуха в течение дня, вам нужно что-то, что отражает много солнечного света и не поглощает его, что преобразовывало бы энергию света в тепло", - говорит Сильвия Виньолини, доктор философии, главный исследователь проекта. "Существует всего несколько материалов, обладающих этим свойством, и добавление цветных пигментов, как правило, сводит на нет их охлаждающий эффект", - добавляет Виньолини.

Пассивное дневное радиационное охлаждение (PDRC) - это способность поверхности излучать свое собственное тепло в космос без его поглощения воздухом или атмосферой. В результате получается поверхность, которая без использования какой-либо электроэнергии может стать на несколько градусов холоднее окружающего воздуха. При использовании в зданиях или других конструкциях материалы, способствующие такому эффекту, могут помочь ограничить использование кондиционеров и других энергоемких методов охлаждения.

Некоторые краски и пленки, которые в настоящее время разрабатываются, могут достигать PDRC, но большинство из них белые или имеют зеркальное покрытие, говорит Цинчен Шен, доктор философии, которая представляет работу на встрече. И Виньолини, и Шен работают в Кембриджском университете (Великобритания). Но владельцу здания, который захотел бы использовать синюю краску PDRC, не повезло бы - цветные пигменты, по определению, поглощают определенные длины волн солнечного света и отражают только те цвета, которые мы видим, вызывая нежелательные эффекты потепления в процессе.

Но есть способ добиться цвета без использования пигментов. Мыльные пузыри, например, демонстрируют на своей поверхности призму разных цветов. Эти цвета возникают в результате взаимодействия света с различной толщиной пленки пузырька, явление, называемое структурным цветом. Часть исследований Виньолини сосредоточена на выявлении причин, лежащих в основе различных типов структурных цветов в природе. В одном случае ее группа обнаружила, что нанокристаллы целлюлозы (CNCS), которые получают из целлюлозы, содержащейся в растениях, можно превратить в радужные красочные пленки без добавления какого-либо пигмента.

Как оказалось, целлюлоза также является одним из немногих природных материалов, которые могут способствовать развитию PDRC. Виньолини узнал об этом, услышав выступление первых исследователей, создавших охлаждающий пленочный материал. "Я подумал: "Вау, это действительно потрясающе, и я никогда по-настоящему не думал, что целлюлоза может делать такое".

В недавней работе Шен и Виньолини наложили цветные материалы с ЧПУ на материал белого цвета, изготовленный из этилцеллюлозы, получив красочную двухслойную пленку PDRC. Они снимали пленки с яркими синими, зелеными и красными цветами, которые при попадании на солнечный свет были в среднем почти на 40 градусов холоднее окружающего воздуха. Квадратный метр пленки вырабатывал более 120 Ватт охлаждающей мощности, соперничая со многими типами бытовых кондиционеров. По словам Шена, самым сложным аспектом этого исследования было найти способ склеить два слоя - сами по себе пленки с ЧПУ были хрупкими, а слой этилцеллюлозы пришлось обработать плазмой, чтобы получить хорошую адгезию. Однако в результате получились прочные пленки, которые можно было изготавливать по несколько метров за раз на стандартной производственной линии.

С момента создания этих первых пленок исследователи постоянно улучшали их эстетический вид. Используя метод, модифицированный по сравнению с подходами, ранее изученными группой, они создают охлаждающие пленки на основе целлюлозы, которые являются блестящими и красочными. Они также приспособили пленку из этилцеллюлозы к различным текстурам, например, к различиям между типами отделки древесины, используемыми в архитектуре и дизайне интерьера, говорит Шен. Эти изменения дали бы людям больше возможностей при внедрении эффектов PDRC в свои дома, предприятия, автомобили и другие сооружения.

Теперь исследователи планируют найти способы сделать свои фильмы еще более функциональными. По словам Шена, материалы с ЧПУ могут использоваться в качестве датчиков для обнаружения загрязняющих веществ в окружающей среде или изменений погоды, что может быть полезно в сочетании с охлаждающей способностью пленок из этилцеллюлозы с ЧПУ. Например, PDRC кобальтового цвета на фасаде здания в городском районе с плотным движением автомобилей может когда-нибудь поддерживать прохладу в здании и включать детекторы, которые будут предупреждать чиновников о более высоком уровне молекул, вызывающих смог в воздухе.

Исследователи признают поддержку и финансирование со стороны Университета Пердью, Американского общества инженеров-механиков, Европейского исследовательского совета, Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам, Исследовательского совета по биотехнологии и биологическим наукам, Европейского союза и Шанхайского университета Цзяо Тун.