Будинки є великими споживачами енергії, забезпечуючи приблизно 40% світового виробництва енергії. Значна частина цієї енергії втрачається через неефективні вікна, які пропускають тепло взимку та затримують надлишок тепла влітку. Проблема не лише в економіці; це ключове питання у пошуках стійкої інфраструктури. Хоча будівлі без вікон не є життєздатним рішенням, дослідники з Університету Колорадо в Боулдері, можливо, знайшли практичну альтернативу: прозорий ізолятор, який імітує структуру бульбашкової плівки.
Проблема прозорої ізоляції
Традиційна ізоляція блокує передачу тепла, але вікна потребують прозорості. Знайти матеріали, які перевершують обидва аспекти, виявилося складно. Іван Смалюх, фізик матеріалів з CU Boulder, пояснює: «Насправді важко знайти прозорі ізолятори». Рішення команди під назвою Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) безпосередньо вирішує цю проблему.
Як працює MOCHI: мікроскопічна повітряна мережа
MOCHI – силіконовий гель з унікальною внутрішньою структурою. Подібно до аерогелів, які використовуються в марсоходах НАСА, він затримує повітря всередині мікроскопічної мережі пор. Однак MOCHI відрізняється розташуванням цих пор. Аерогелі розсіюють світло завдяки хаотичному розподілу пор, що робить їх непрозорими. Натомість MOCHI використовує поверхнево-активні речовини для створення вирівняних ниткоподібних структур у рідкій силіконовій основі. Замінивши поверхнево-активну речовину повітрям, команда створила матрицю мікроскопічних трубок.
У результаті виходить матеріал, який на 90% складається з повітря. Такий високий вміст повітря значно зменшує теплопередачу, оскільки крихітні пори обмежують зіткнення молекул, основний механізм теплопередачі в газах. Як пояснює Смалюх, молекули «впливають на стінки пор», а не вільно обмінюються енергією.
Ефективність і потенціал
MOCHI настільки ефективний, що лист товщиною всього 5 міліметрів може захистити вашу руку від відкритого вогню. Важливо відзначити, що він відбиває лише близько 0,2% вхідного світла, зберігаючи майже ідеальну прозорість. Окрім ізоляції, цей матеріал можна навіть використовувати для уловлювання тепла для сталого виробництва енергії.
«Навіть у похмурий день ви все одно можете використати багато енергії, а потім використовувати її для нагріву води та внутрішньої частини будівлі», — пояснює Смалюх.
Виробничі труднощі та майбутні перспективи
Незважаючи на використання недорогих інгредієнтів, поточний процес виробництва MOCHI є повільним і трудомістким. Дослідницька група прагне оптимізувати виробництво, відкриваючи шлях для широкого впровадження в архітектурному дизайні. Хоча масштабування залишається проблемою, потенційні переваги – зменшення втрат енергії та стійкі рішення для опалення – роблять MOCHI багатообіцяючим розвитком будівельних технологій.
Підсумовуючи, MOCHI є значним кроком до більш енергоефективних будівель. Його унікальна конструкція вирішує давню проблему ізоляції, і якщо труднощі виробництва вдасться подолати, це може значно знизити споживання енергії в будівельному секторі.
