- Vědci zkoumají nový typ materiálu, který mění své vlastnosti
- V létě by mohl budovy ochlazovat, v zimě zase pomáhat udržovat teplo
- Kdy se objeví v praxi, zůstává otázkou, na trhu by ale mohl způsobit revoluci
Většina z nás má patrně tučňáky v oblibě. Ostatně jim nelze upřít určitou roztomilost, nemotornost a také schopnost přežít v drsných podmínkách s grácií. Právě tito nelétaví ptáci se stali předmětem zájmu vědců a vypadá to, že by nám mohli pomoci s klíčovými výzvami, které nás v následujících dekádách čekají. Konkrétně se jedná o teplotní změny, se kterými se potýkají domy, konkrétně střechy. Když je střecha bílá, lépe odpuzuje teplo a pomáhá vnitřek budovy udržovat chladný, naopak černá střecha se snadněji zahřeje.
Venkovní podmínky ale nejsou neustále stejné, a zatímco v létě hledáme způsoby, jak budovy ochladit, v zimě je naopak chceme co nejvíce zahřát. Zároveň se mnoho moderních povrchů nachází v blízkosti antén a elektronických zařízení, kde musí rovněž zpracovávat bezdrátové signály.
Materiál inspirovaný tučňáky
Spojit všechny tyto vlastnosti do jednoho materiálu je obtížné, protože regulace teploty a regulace signálu vyžadují odlišné vlastnosti. Co kdyby existoval materiál, který by dokázal v závislosti na počasí přepínat mezi těmito funkcemi, a zároveň dokonce propouštět bezdrátové signály? To je myšlenka, na které je založena nová fólie „inspirovaná tučňáky“, která se nechová jako pasivní povlak, ale spíše jako adaptivní kůže. Dokáže absorbovat sluneční záření, aby se zahřála, odrážet ho, aby zůstala chladná, a dokonce přepínat mezi propouštěním a blokováním mikrovln – to vše bez elektroniky.
„Navrhujeme architekturu Janus založenou na VO2 a inspirovanou tučňáky, která synergicky integruje dynamickou termoregulaci s širokopásmovou mikrovlnnou modulací,“ uvádějí vědci. Tento přístup řeší problém vytvořením struktury typu Janus, pojmenované podle římského boha s dvěma tvářemi, přičemž každá strana plní jinou funkci. Strana určená k ohřevu využívá oxid vanadu (VO₂), materiál známý tím, že s teplotou mění své vlastnosti. Při nižších teplotách se VO₂ chová jako izolant, ale jakmile se zahřeje (na přibližně 68 °C), stává se mnohem vodivějším.
Vědci zabudovali VO₂ do drobných vláknitých struktur uvnitř pružného polymeru. Když se materiál zahřeje, vlákna vytvoří vodivé cesty, které umožňují povrchu silně interagovat s mikrovlnami – odrážet je a absorbovat, místo aby jím prošel. Tato topná strana se chlubí skvělým výkonem na přímém slunci. Absorbuje totiž 94,5 % dopadající sluneční energie a v laboratorních testech dosahuje teplot až 73 °C (asi o 52 °C více než okolní teplota) a venku přibližně 87 °C.
V létě chladí, v zimě udržuje teplo
Druhá strana funguje na opačném principu. Je navržena pro chlazení a využívá částice oxidu křemičitého a porézní strukturu k rozptylu slunečního záření a zároveň účinně odráží teplo ve střední infračervené oblasti. Tato strana odráží více než 90 procent slunečního svitu a z toho 97,1 procenta infračerveného záření, což jí umožňuje udržovat teplotu o 4–12 °C nižší, než je venkovní teplota. Společně tak tyto dvě strany dávají stejné desce dvě zcela odlišné tepelné funkce.
Po zahřátí nicméně elektrický odpor materiálu klesne o čtyři řády, díky čemuž začne stínit signál. V pásmu X (používaném v radarech a komunikaci) klesá propustnost mikrovln z 83,6 % na pouhých 0,06 %, přičemž účinnost stínění přesahuje 30 dB, což je výrazně nad praktickými hodnotami pro blokování rušení. Jinými slovy například Bluetooth funguje při nízkých teplotách normálně, ale po zahřátí je účinně rušeno. Konstrukce si od tučňáků vypůjčuje ještě jeden trik, a to odolnost proti vodě. Oba povrchy jsou hydrofobní, což znamená, že voda tvoří kapky a stéká pryč.
Tato vlastnost umožňuje také zabránit námraze – zamrzání lze oddálit až o 812 sekund a led se při slabém slunečním svitu roztaví do zhruba 17 minut, a to i při teplotě -6 °C. „Fólie má hydrofobní vlastnosti, díky nimž zabraňuje námraze, odstraňuje námrazu a je samočisticí,“ uvedli autoři studie. V další fázi mají vědci v plánu tento materiál dlouhodobě testovat v reálných podmínkách, najít způsoby, jak rozšířit jeho výrobu, a dále jej vylepšovat, aby se jednoho dne mohl dostat z laboratoře a spolehlivě fungovat na střechách, vozidlech a různých dalších elektronických zařízeních určených pro venkovní použití.
Michael Chrobok
Další dnešní články
