Версия для слабовидящих
Прозрачная пленка, созданная в MIT способна накапливать солнечные кванты и отдавать их в виде тепла в нужное время Печать Email
Новости об инновациях
25.01.2016

Представьте себе одежду или, например, стекла в автомобилях и оконных проемах, которые способны собирать и накапливать энергию солнечного света в течение дня и отдавать потребителю в виде тепла в нужный момент времени – через час, два или несколько дней. Именно такой способ утилизации бесплатной энергии нашего светила предложили ученые Массачусетского технологического института. Разработанная в лаборатории MIT тонкая полимерная пленка – первый не жидкий материал с подобными свойствами, который не только успешно справляется со всеми тремя функциями, но и доступен по цене, прост в изготовлении и применении. О новом материале и перспективах его использования мы расскажем ниже.

Собирать, хранить в течение нужного времени и после преобразовывать в тепло энергию Солнца, используя тонкую полимерную пленку предложили ученые Массачусетского технологического института Давид Житомирский (David Zhitomirsky), профессор Джэффри Гроссман (Jeffrey Grossman) и аспирант Юджи́н Чо (Eugene Cho). Пленка, которая может быть нанесена на различные поверхности состоит из трех слоев, толщиной от 4 до 5 микрон каждый.

Особенности созданного материала позволяют найти ему применение в самых разных областях. В качестве примеров ученые приводят одежду, способную согреть в нужной степени тогда, когда это необходимо или, к примеру, лобовое стекло автомобиля, способное накапливать энергию солнца днем и дозировано высвобождать ее в виде тепла тогда, когда нужно освободиться от наледи. Список перспективных направлений, где можно использовать эту технологию при определенных доработках уже сейчас и в перспективе можно было бы значительно удлинить.

Существующие решения, предлагающие накапливать и полезно использовать солнечную энергию в качестве конечного продукта трансформации предлагают электричество, в то время как технология ученых из Массачусетса предлагает использовать для накопления энергии связи, образующиеся в результате химической реакции и преобразовывать собранную в светлое время суток солнечную энергию не в электрическую, а в тепловую. Оригинальность и ценность метода состоит в том, что энергия, накапливаемая в виде устойчивых химических соединений, способна “храниться” в тонкой полимерной пленке в стабильной молекулярной конфигурации столько времени, сколько необходимо до востребования. А для активации процесса передачи уже накопленной энергии потребителю потребуется использовать внешний стимулирующий фактор-катализатор – воздействие тепла, света или электричества. В результате молекулярная структура соединения переходит в свое первоначальное низкоэнергетическое состояние, что и сопровождается выделением накопленной энергии в виде тепла. Естественно, затраченная для активации процесса высвобождения тепла энергия оказывается значительно меньше высвобождаемой.

Стоит отметить, что описанный принцип не нов – материалы, способные накапливать солнечную энергию (STF) за счет протекающей под воздействием света химической реакции уже были предложены ранее, в частности, в работах того же профессора Гроссмана и Ко. Но до сих пор сфера их применения ограничивалась жидкими растворами, в то время, как их использование в сочетании с плотными материалами оставалась за пределами возможностей.

“Предложенная пленка полимер – говорит Давид Житомирский, – первый материал, который может наноситься на плотные и твердые поверхности, по ключевым показателям полностью удовлетворяет поставленным целям, прост в производстве и доступен по себестоимости”.

“Эта работа открывает впечатляющие перспективы применения одного и того же материала для одновременного сбора и хранения энергии” – комментирует новинку Тед Сарджент (Ted Sargent), профессор Университета Торонто, не принимавший участия в исследовании.

“Технологический процесс производства проходит всего в два этапа, предельно прост и легко масштабируем” – делится своим мнением Чо.

Переломным моментом в истории разработки стало понимание того, что с задачей накапливать, сохранять и отдавать тепло в нужное время вполне сможет справиться тонкая полимерная пленка. Именно такое решение делает материал практически универсальным, с равным успехом используемым как на стекле и поверхности одежды, так и на “подложке” из других плотных материалов.

Съемка инфракрасной камерой, демонстрирующая уровень интенсивности и потенциал (рис. 4 Full Screen) происходящих процессов. Шкала температур.

В качестве материала-основы со свойствами, в первом приближении соответствующими поставленным целям были использованы азобензолы. Располагая способностью накапливать энергию света при переходе из первой формы во вторую, эти соединения, с другой стороны, удобны тем, что требуют минимальной порции энергии для обратного преобразования молекулярной структуры и высвобождения всей накопленной тепловой энергии. В отсутствии перечисленных выше внешних воздействий молекулы азобензола могут пребывать в одном из двух возможных стабильных состояний неопределенное время.

С целью обеспечения более высоких показателей энергетической плотности, однородности накапливаемой энергии и чувствительности пленки к внешнему воздействию ученые модифицировали первоначальную химическую формулу соединения. В итоге был получен почти полностью прозрачный пленочный материал (присутствует легкий желтоватый оттенок) с нужными физическими и химическими свойствами.

Прозрачность, по мнению Гроссмана, — именно то качество, которое позволит использовать пленку в качестве антиобледенительного элемента, помещенного между двумя слоями автомобильного стекла. При этом упраздняется необходимость в нагревательных проводах, используемых в современных антиобледенительных системах. Потенциальную заинтересованность в использовании разработанной технологии уже проявил концерн BMW, выступивший ключевым спонсором проекта – поделился профессор. Такие стекла позволят накапливать энергию каждый раз, когда автомобиль простаивает в освещенном месте. В нужный момент, после запуска двигателя, для активации режима тепловой отдачи будет достаточно кратковременного стимулирующего импульса от одного нагревательного провода.

”Мы провели серию тестов, подтверждающих эффективность предложенного принципа и возможность избавиться от слоя льда на лобовом стекле. При этом, даже в том случае, если этот слой достаточно толст, для освобождения от него достаточно растопить площадь наледи, вплотную прилегающую к стеклу. Оставшаяся часть, под воздействием силы тяжести соскальзывает сама” – утверждает Гроссман.

Несмотря на достигнутые успехи, ученые продолжают работать над совершенствованием формулы и структуры материала с целью повысить коэффициенты прозрачности и энергетической плотности. На сегодняшний день активированная пленка способна прогреться до 10 °C выше температуры окружающей среды и имеет чуть заметный желтоватый оттенок, а ближайшая цель команды – преодоление следующего барьера в 20 °C и новое качество прозрачности материала. Но уже существующее решение, как утверждает Гроссман, способно значительно упростить жизнь водителей электромобилей, сократив вынужденный расход батареи, связанный с борьбой с наледями в холодное время на 30%.

“С научной, инженерной и экономической точки зрения технология, позволяющая запасать энергию светового потока, сохранять ее на уровне химического соединения и отдавать в виде тепловой энергии, реализованная в недорогих «твердотельных» носителях сегодня является уникальной и инновационной” – считает профессор Сарджент из Университета Торонто.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2016/prozrachnaya-plenka-sozdannaya-v-mit-sposobna-nakaplivat-solnechnye-kvanty-otdavat-ikh-v-v

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта