Новая охлаждающая керамика повысит энергоэффективность строительного сектора

О значительном прорыве в разработке материала для пассивного радиационного охлаждения, PRC, объявили исследователи из Городского университета Гонконга, CityU.

Результаты работы опубликованы в престижном научном журнале Science.

Материал, известный как охлаждающая керамика, обладает высокоэффективными оптическими свойствами для создания охлаждения без использования энергии и хладагента. Экономичность, долговечность и универсальность материала делают его пригодным для коммерческого использования в различных областях, в частности, в строительстве.

Снижая тепловую нагрузку зданий и обеспечивая стабильное охлаждение даже при различных погодных условиях в любом климате, охлаждающая керамика повышает энергоэффективность и позволяет бороться с глобальным потеплением.

По словам профессора Эдвина Цо Чи-яна, доцента Школы энергетики и окружающей среды (SEE) CityU, одного из авторов-корреспондентов статьи, PRC считается одной из наиболее перспективных технологий «зеленого» охлаждения, позволяющих снизить растущий спрос на охлаждение помещений, уменьшить загрязнение окружающей среды и бороться с глобальным потеплением.

Однако существующие в настоящее время КНР с использованием нанофотонных структур ограничены их высокой стоимостью и плохой совместимостью с существующими конечными применениями, а полимерные фотонные альтернативы не обладают погодоустойчивостью и эффективным отражением солнечных лучей.

Улучшенные оптические свойства и применимость

Однако наша охлаждающая керамика обладает передовыми оптическими свойствами и имеет надежную применимость, — говорит профессор Цо.

Цвет, атмосферостойкость, механическая прочность и способность подавлять эффект Лейденфроста — явление, препятствующее теплопередаче и делающее охлаждение жидкости на горячей поверхности неэффективным, — вот ключевые характеристики, обеспечивающие долговечность и универсальность охлаждающей керамики.

Уникальность охлаждающей керамики заключается в ее иерархически пористой структуре, представляющей собой объемный керамический материал, который легко изготавливается из доступных неорганических материалов, таких как глинозем, с помощью простого двухстадийного процесса, включающего инверсию фаз и спекание. При этом не требуется сложного оборудования и дорогостоящих материалов, что делает масштабируемое производство охлаждающей керамики вполне осуществимым.

Оптические свойства определяют эффективность охлаждения материалов PRC в двух диапазонах длин волн: солнечном (0,25-2,5 мкм) и среднем инфракрасном (8-13 мкм). Для эффективного охлаждения требуется высокая отражательная способность в первом диапазоне, чтобы минимизировать приток солнечного тепла, и высокая излучательная способность во втором диапазоне, чтобы максимизировать радиационный теплоотвод. Благодаря высокому коэффициенту пропускания глинозема охлаждающая керамика сводит поглощение солнечного излучения к минимуму.

Кроме того, благодаря имитации биологической белизны жука Cyphochilus и оптимизации пористой структуры на основе рассеяния Ми, охлаждающая керамика эффективно рассеивает практически все длины волн солнечного света, в результате чего достигается практически идеальная солнечная отражательная способность 99,6% (рекордная высокая солнечная отражательная способность) и высокая средняя инфракрасная тепловая эмиссия 96,5%. Эти улучшенные оптические свойства превосходят аналогичные показатели современных материалов.

Охлаждающая керамика изготовлена из глинозема, что обеспечивает необходимую устойчивость к ультрафиолетовому излучению, характерную для большинства конструкций PRC на основе полимеров. Кроме того, она обладает исключительной огнестойкостью, выдерживая температуру свыше 1 000°C, что превосходит возможности большинства материалов PRC на основе полимеров или металлов, — утверждает профессор Цо.

Выдающаяся атмосферостойкость

Помимо исключительных оптических характеристик, охлаждающая керамика обладает отличной погодоустойчивостью, химической стабильностью и механической прочностью, что делает ее идеальным материалом для длительного применения вне помещений. При экстремально высоких температурах охлаждающая керамика проявляет супергидрофильность, обеспечивая мгновенное растекание капель и способствуя их быстрой пропитке благодаря взаимосвязанной пористой структуре. Эта супергидрофильность препятствует возникновению эффекта Лейденфроста, затрудняющего испарение, характерного для традиционных ограждающих материалов, и обеспечивает эффективное испарительное охлаждение.

Эффект Лейденфроста — это явление, возникающее при контакте жидкости с поверхностью, температура которой значительно превышает температуру ее кипения. Вместо того чтобы мгновенно выкипеть, жидкость образует паровой слой, который изолирует ее от прямого контакта с поверхностью. Этот паровой слой снижает скорость теплопередачи и делает охлаждение жидкости на горячей поверхности неэффективным, вызывая ее левитацию и скольжение по поверхности.

Прелесть охлаждающей керамики в том, что она отвечает требованиям как высокопроизводительных PRC, так и применения в реальных условиях, — сказал профессор Цо, добавив, что охлаждающая керамика может быть окрашена в двухслойный цвет, что отвечает и эстетическим требованиям.

Наш эксперимент показал, что применение охлаждающей керамики на крыше дома позволяет получить более 20% электроэнергии для охлаждения помещений, что подтверждает большой потенциал охлаждающей керамики в снижении зависимости людей от традиционных стратегий активного охлаждения и обеспечивает устойчивое решение для предотвращения перегрузки электросетей, выбросов парниковых газов и городских тепловых островов.

Основываясь на полученных результатах, профессор Цо заявил, что исследовательская группа намерена и дальше развивать стратегии пассивного терморегулирования. Они намерены изучить возможности применения этих стратегий для повышения энергоэффективности, обеспечения устойчивости и расширения доступности и применимости технологий КНР в различных отраслях, включая текстильную промышленность, энергетические системы и транспорт.

10.11.2023


Подписаться в Telegram



Дом

Знак качества: построено из песка и бактерий
Знак качества: построено из песка и бактерий

Исследователи успешно вырастили бактериальные ...

Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений
Ученые из Токио представили проект окон для подвальных помещений

Ученые Института промышленных наук IIS Токийск...

Дома будущего будут расти как грибы
Дома будущего будут расти как грибы

Ученые в надежде снизить воздействие стро...

В Москве открыли цифровой отель
В Москве открыли цифровой отель

Все клиентские процессы в новом отеле, от...

Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом
Ученые предложили не летать на Марс со своим цементом

Для дальнейшего освоения космоса рано или...

Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве
Нейросеть ловит земельно-имущественных нарушителей в Москве

С начала года нейросети проанализировали почти...

В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима
В Японии открыли “умный” мегаполис Цунасима

26 марта, в Японии, неподалеку от Йо...

С новым роботом каменщики останутся без работы
С новым роботом каменщики останутся без работы

Инженеры австралийской компании Fastbrick Robo...

Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку
Умные лестницы упростят тысячелетнюю нагрузку

Исследователи из университета Emory изобр...

Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри
Ученые выяснили, что разрушает цемент изнутри

Как основной строительный материал во все...

Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще
Бетон становится прочнее из-за ничего и кое-чего еще

Итак, давайте разберемся, что потребуется...

Открыта форма идеальной арки
Открыта форма идеальной арки

Ученые из университета Уорика добились вп...

Приобрести участок под дачу полезно для здоровья
Приобрести участок под дачу полезно для здоровья

Покупка участка земли – это отличны...

Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции
Установлен оптимальный материал для соединения и пароизоляции

Для осуществления воздухоизоляционных и п...

Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым
Новые строительные материалы сделают городской воздух чистым

Мировые попытки очистить воздух трансформируют...

Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам
Биочерепица придет на смену современным кровельным материалам

Ученые из института Фраунгофер продемонст...

Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке
Новый проект контракта минимизирует неплатежи по ипотеке

Поскольку рост неплатежей по ссудам под&n...

"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне
"Город-сказку, город-мечту" построят в пустыне

Не имеющее аналогов сооружение высотой 450 мет...

Парки в бедных районах городов в США берут количеством
Парки в бедных районах городов в США берут количеством

Каждое сообщество в США имеет свои п...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
NatMat: Ученые из университета Райса нашли отличную альтернативу ферроэлектрикам
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ выяснили, что заболевания ЦНС за последние 30 лет вышли на первое место по влиянию на здоровье населения
Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
В Петербурге снизилось количество разрушающих озоновый слой газов
Ученые СПбГУ разработали метод, увеличивающий эффективность добычи углеводородов