Новая охлаждающая керамика может значительно повысить энергоэффективность строительного сектора

Учёные из Городского университета Гонконга (CityU) объявили о значительном прорыве в разработке материала для пассивного радиационного охлаждения (PRC) на основе оксида алюминия. Результаты только что были опубликованы в престижном научном журнале Science под названием «Иерархически структурированная керамика с пассивным радиационным охлаждением и высокой отражательной способностью солнечного света».

Материал, известный как охлаждающая керамика, обладает высокоэффективными оптическими свойствами, позволяющими производить охлаждение без использования энергии и хладагента. Его экономичность, долговечность и универсальность делают этот материал привлекательным для коммерческого использования во многих сферах применения, особенно в строительстве зданий. Снижая тепловую нагрузку зданий и обеспечивая стабильную эффективность охлаждения в различных погодных условиях во всех климатических условиях, охлаждающая керамика повышает энергоэффективность.

Уникальность охлаждающей керамики, разработанной учёными из Гонконга, заключается в ее иерархически пористой структуре. Эта структура представляет собой объемный керамический материал, который легко изготавливается с использованием легкодоступных неорганических материалов, таких как оксид алюминия, с помощью простого двухэтапного процесса, включающего фазовую инверсию и спекание. Никакого сложного оборудования или дорогостоящих материалов не требуется, что делает масштабируемое производство охлаждающей керамики вполне осуществимым.

Оптические свойства определяют эффективность охлаждения материалов PRC в двух диапазонах длин волн: солнечном диапазоне (0,25–2,5 мкм) и среднем инфракрасном диапазоне (8–13 мкм). Эффективное охлаждение требует высокой отражательной способности в первом диапазоне, чтобы минимизировать приток солнечного тепла, и высокой излучательной способности во втором диапазоне, чтобы максимизировать рассеивание лучистого тепла. Благодаря высокой запрещенной зоне оксида алюминия охлаждающая керамика сводит к минимуму поглощение солнечной энергии.

Представленная охлаждающая керамика эффективно рассеивает почти всю длину волны солнечного света, что приводит к почти идеальному коэффициенту отражения солнечной энергии 99,6% (зарегистрированный высокий показатель) и достигает высокого уровня теплового излучения в среднем инфракрасном диапазоне 96,5%. Эти передовые оптические свойства превосходят свойства современных материалов. Охлаждающую керамику также можно окрашивать с помощью двухслойной конструкции, отвечающей эстетическим требованиям.

Помимо исключительных оптических характеристик, охлаждающая керамика обладает превосходной атмосферостойкостью, химической стабильностью и механической прочностью, что делает ее идеальной для длительного применения на открытом воздухе. При чрезвычайно высоких температурах охлаждающая керамика проявляет супергидрофильность, обеспечивая немедленное растекание капель и способствующую быстрой пропитке капель благодаря своей взаимосвязанной пористой структуре.

Материал также демонстрирует выдающуюся огнестойкость, выдерживая температуры, превышающие 1000 °C, что превосходит возможности большинства материалов PRC на полимерной или металлической основе.

Эксперимент показал, что применение охлаждающей керамики на крыше дома может обеспечить экономию более 20% электроэнергии, что подтверждает большой потенциал охлаждающей керамики в снижении зависимости людей от традиционных стратегий активного охлаждения и обеспечивает устойчивое решение для отказа от электросети.

Учёные намерены развивать дальнейшие стратегии пассивного управления температурой. Они стремятся изучить применение этих стратегий для повышения энергоэффективности, содействия устойчивости, а также повышения доступности технологий в различных секторах, включая текстильную промышленность, энергетические системы и транспорт.

Источник