Nový izolační materiál, který je jasnější než sklo a má stejné izolační vlastnosti jako stěna, byl vyvinut výzkumníky. Pokud bude aplikován na okenní tabule, může pomoci snížit energetické potřeby budov.
Tento materiál je průhlednější než sklo a poskytuje izolaci srovnatelnou s pevnou stěnou. Pokrytím okenních tabulí by mohl výrazně omezit tepelné přenosy okny a tím snížit energetické nároky domů. Ohřev a chlazení budov představují přibližně 40 % globální spotřeby energie, což uvádí americký tým vedený Amitem Bhardwajem z University of Colorado v Boulderu v odborném časopise „Science“.
Ačkoliv okna tvoří v průměru pouze 8 % plochy obálky budovy, jsou odpovědná za přibližně 50 % tepelného přenosu. Dva a trojité skleněné výplně již snížily tepelné ztráty. Také aerogely na bázi celulózy prokázaly dobré izolační vlastnosti. Nicméně, jejich transparentnost klesá, pokud jsou tlustší než několik milimetrů.
Tento jev souvisí s tím, že velikost pórů při výrobě aerogelů je obtížně kontrolovatelná; tyto póry se pohybují od nanometrů (miliontin milimetru) po mikrometry (tisíciny milimetru).
Bhardwaj a jeho kolegové hledali proces, který by umožnil vytvářet póry v určitém rozsahu, od 2 do 50 nanometrů. Takové póry jsou menší než vlnové délky viditelného světla, což znamená, že je reflektováno nebo absorbováno minimálně. Malá velikost též zajišťuje, že molekuly přenášejí teplo jenom velmi málo. Stěna pórů je navíc vyrobena ze silikonu, který také špatně vede teplo.
Nový materiál je jasnější než sklo
Aby výzkumníci mohli řídit velikost pórů, používají tenzidy, které jsou podobné aktivním látkám v detergentech. V roztoku tvoří tenzidy samoorganizující se válcové agregáty, které strukturovaně organizují silikonové trubice. Později, v procesu sušení, jsou tenzidy a rozpouštědla nahrazeny vzduchem. Hotový produkt nazvali výzkumníci Mochi (mesopózní opticky průhledný tepelný izolátor).
Tento materiál je velmi lehký a má optickou průhlednost vyšší než 99 %. Pro srovnání: sklo má transparentnost pod 92 %. Tepelná vodivost dosahuje pouze deseti miliwattů na stupeň teplotního rozdílu a metr, zatímco u klidného vzduchu – který se používá například v péřových bundách nebo mezi skly u dvojsklených oken – je to přibližně 27 miliwattů.
Vzhledem k procesu sušení jsou v současnosti fólie Mochi omezeny na plochu jednoho metru čtverečního. Nicméně dobré optické vlastnosti materiálu umožňují rovněž vyrábět silnější a větší prvky z Mochi. Podle názoru výzkumníků má Mochi potenciál rozšířit možnosti využití izolačního skla v budoucí obálce budov, například pro okna, světlíky a systémy denního osvětlení. „Dalšími oblastmi použití jsou kryty skleníků, ochranné a izolační oděvy a také prostorový výzkum, kde je zapotřebí jak optické průhlednosti, tak tepelné izolace,“ uvádějí autoři studie.
Přechod k metamateriálům
V komentáři v časopise „Science“ potvrzují Longnan Li a Wei Li z Čínské akademie věd v Changchunu: „Prezentovaný koncept představuje přechod od tradičních aerogelů s neuspořádanými strukturami pórů ke metamateriálům, která jsou vybavena uspořádanými nanostrukturami a současně řídí jejich termické a optické vlastnosti v makroskopickém měřítku.“
Z energetického i ekonomického hlediska má silikonový metamateriál významný potenciál. Mohou být opticky průhledné plochy, včetně textilu, přetvořeny na energeticky efektivní povrchy a výrazně tak snížit energetickou náročnost.
