代替玻璃的透明材料(玻璃将被替代。)
德国卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 的科学家开发出一种透明、具有自清洁功能、并且节能环保的超级材料,极有潜力取代墙壁和屋顶上的玻璃。看起来,我们终于有了玻璃的替代品。
玻璃材料是一项了不起的发明,玻璃能够增加建筑物接收的自然光并减少能源消耗。 然而,也有一些局限性。例如,会产生眩光导致人眼不适、眼睛疲劳、头痛和视觉清晰度降低等。
德国卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT)的研究人员表示:“玻璃会对人类的生产力和整体健康产生不利影响,尤其是对于在阳光过多或过明亮的环境中工作的人来说。” 此外,玻璃屋顶和玻璃墙壁可能会引发隐私问题,并可能导致温度过热。
现在,重点来了,研究人员研发成功的PMMM 超材料完全可以克服所有这些限制!
研究作者指出:“我们推出了一种基于聚合物的微光子多功能超材料(简称 PMMM),其具有微金字塔表面结构,能够可以有效并同时解决传统玻璃材料面临的挑战。”
PMMM 比玻璃更好的原因是什么?
玻璃可以通过让越来越多的阳光进入建筑物来节省电力,但它不能让阳光中的热量逸出(也就是温室效应),所以会导致建筑物内部变暖。这就是为什么拥有玻璃屋顶和玻璃墙壁的建筑物,尤其是在炎热带地区,与普通建筑物相比,其空调系统消耗更多电力的原因所在。
虽然 PMMM 还具有高透明度,但它不会像玻璃那样捕获阳光。 相反,它以长波红外辐射(辐射冷却)的形式释放热量,使得该材料即使在阳光明媚的日子也能保持建筑物的凉爽。
据悉,研究人员进行了实验室和室外测试,以检查该材料的冷却能力。结果显示:在整个测试过程中,PMMM 的温度始终低于环境的温度。例如,“14点48分,研究人员检测到PMMM的温度比室外环境温度低约6°C,这表明在卡尔斯鲁厄当地的高湿度环境中PMMM显示出了明显的降温作用。”
与传统玻璃相比,PMMM 能够扩散更多的阳光,其还可以扩散高达73%的辐射。这意味着它会将入射光分散到多个方向,而不是让光线直接穿过。这种漫射使室内光线变得更加柔和、分布更加均匀,使建筑外面的人更难以看到里面的情况,从而增加了隐私保护,也使室内环境更加舒适。
研究作者指出,这种超材料之所以能够实现这一切,是因为它拥有微型金字塔结构,这些微金字塔由硅胶制成,厚度仅为人类头发的十分之一。这种金字塔结构具有太阳光漫射功能,并能通过多次反射最大限度地减少光反射损失,从而使可见光的透明度达到 95%,其总体漫透射率为 73%。
除此之外,令人称奇的是PMMM 还具有与荷叶相似的优异自洁性能。人们都知道玻璃墙和屋顶(尤其是高层建筑)的一个大问题就是需要定期清洁,耗时耗力。利用微金字塔与荷叶上微锥体的相似性,PMMM超级材料具有卓越的超疏水特性,能够促进自清洁能力。
研究人员解释说,荷叶上的微锥体可以排斥水分,能使水滴凝结成珠。当这些水滴滚过叶子表面时,它们就会沾上灰尘和其他物质,并在最终滚落并带走所有的“垃圾”。PMMM 的微型金字塔就是能促使水滴形成珠子,从而保持材料自身的清洁。
据了解,PMMM创新材料是由环保且商业上可行的聚合物材料制成,这种多功能超级材料提高了透明度、节能环保,为可持续绿色建筑铺平了道路,为人类健康居所带来了福祉。
该研究发表在《自然通讯》杂志上。