Прозрачная пленка, созданная в MIT способна накапливать солнечные кванты и отдавать их в виде тепла в нужное время |
![]() |
![]() |
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 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.
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. |