Инженеры создали охлаждающую цветную пленку, вдохновленную структурой крыла бабочки

Детали открытия

Команда физиков из Шэньчжэньского университета во главе с Ван Гоппингом вдохновилась естественным механизмом, чтобы решить проблему снижения температуры поверхности, вызванную традиционными пигментами, поглощающими видимый свет. В то время как обычные краски имеют тенденцию задерживать тепло, особенно под влиянием солнечного света, недавно разработанные цветные пленки демонстрируют инновационный подход к цветопередаче, основанный на структурных свойствах, найденных в крыльях бабочек.

Не упустите Новая физика: ученые приблизились к открытию пятой силы природы – неизвестного поля или частицы

Интересно, что некоторые бабочки демонстрируют яркую окраску не из-за поглощения, а из-за интерференции, возникающей вследствие уникального отражения света от периодической структуры их крыльев. Бабочка Morpho menelaus, в частности, демонстрирует удивительную способность передавать высоко насыщенный синий оттенок под широким углом обзора благодаря многослойным и неупорядоченным компонентам.

На основе этих природных явлений исследователи использовали отражательную способность оксидов титана (TiO2) и кремния (SiO2) в многослойном расположении. Эта композиция была размещена поверх слоя матового стекла на светоотражающей серебряной поверхности. Стратегически оптимизировав толщину верхних слоев, команда достигла селективного отражения желтого света, позволяя одновременно синему свету проникать в структуру. Это привело к яркому, насыщенному синему цвету, который оставался видимым под углом ±60 градусов.

Охлаждающая цветная плёнка, созданная по образцу крыла Morpho menelaus / Фото Optica

Для чего это нужно

Практическое значение этой инновации значительно. В ходе испытаний в суровых условиях недавно разработанная пленка продемонстрировала свою способность к охлаждению, снизив температуру поверхности на два градуса по Цельсию по сравнению с окружающей средой. Этот уровень эффективности охлаждения соответствует существующим бесцветным пленкам, которые используют серебро и полидиметилсилоксан (PDMS).

Чтобы подтвердить свои выводы, исследователи провели полевые эксперименты, разместив образцы охлаждающей пленки на крышах и транспортных средствах. В прямом сравнении с традиционной синей краской, пленка превзошла ее, сохраняя поверхности на 45 градусов более прохладными под воздействием прямых солнечных лучей при температуре воздуха 27 градусов по Цельсию. Такое значительное снижение температуры свидетельствует о потенциале пленки в разных областях применения – от зданий до автомобилей.

Смотрите также Физики смогли передать звук в вакууме

Практические последствия выходят за пределы непосредственного понижения температуры. В ходе тщательного анализа исследователи спрогнозировали, что замена стандартной синей краски этой альтернативой охлаждения в городе Шэньчжэнь может привести к экономии энергии примерно на 1 377 мегаджоулов на квадратный метр в течение года. Поскольку команда продолжает усовершенствовать структуру пленки, в том числе изучая альтернативы серебра, потенциал для дальнейшего усиления ее охлаждающего эффекта остается многообещающим.