Jasnější než sklo a stejně tak izolační jako stěna: vědci vyvinuli nový izolační materiál pro budovy. Pokud by se aplikoval na okenní skla, mohl by v budoucnu přispět ke snížení energetické spotřeby.
Tento materiál je průhlednější než sklo a poskytuje izolační vlastnosti srovnatelné s pevným zdivem. Je-li nanesen na okenní skla, mohl by výrazně snížit tepelnou výměnu a následně snížit energetické nároky budov. Vytápění a chlazení budov totiž představuje přibližně 40 procent celosvětové energetické spotřeby, jak uvádí americký tým pod vedením Amita Bhardwaje z University of Colorado v Boulderu ve vědeckém časopise „Science“.
Ačkoliv okna tvoří průměrně pouze osm procent plochy obálky budovy, odpovídají za přibližně 50 procent tepelného přenosu, píší autoři studie. Dvoudílná a trojdílná okna již omezila tepelnou výměnu. Také aerogely na celulózovém základě vykazují dobré izolační vlastnosti, nicméně jejich transparentnost klesá, pokud jsou silnější než několika milimetrové vrstvy.
To souvisí se skutečností, že velikost pórů při výrobě aerogelů není dobře kontrolovatelná: pohybuje se od nanometrů (miliontiny milimetru) do mikrometrů (tisíciny milimetru).
Bhardwaj a jeho kolegové nyní hledali proces, který umožňuje velikosti pórů v určeném rozmezí, mezi 2 a 50 nanometry. Takto malé póry jsou menší než vlnové délky viditelného světla, což znamená, že minimalizují jeho odraz a absorbci. Dále tato malá velikost zajišťuje, že molekuly přenášejí jen minimální množství tepla. Stěny pórů jsou navíc vyrobeny z silikonu, který také špatně vede teplo.
Nový materiál je jasnější než sklo
Aby bylo možné kontrolovat velikost pórů, vědci používají tensidy, podobně jako povrchově aktivní látky v pracích prostředcích. V roztoku se tensidy organizují do samoorganizujících se válcových agregátů, které strukturalizují silikonové trubice. Poté jsou v procesu sušení tensidy a rozpouštědla nahrazena vzduchem. Hotový produkt vědci nazvali Mochi (Mesoporous Optically Clear Heat Insulator – mesoporézní, opticky čistý tepelný izolant).
Tento materiál je velmi lehký a má optickou průhlednost přes 99 procent. Pro srovnání: sklo má průhlednost méně než 92 procent. Tepelná vodivost činí pouze deset miliwattů na stupeň teplotní diference na metr, zatímco u stojícího vzduchu – jak se používá například v péřových bundách nebo mezi skly v dvojsklech – je to přibližně 27 miliwattů.
Vzhledem k procesu sušení jsou v současné době filmy z materiálu Mochi omezeny na plochu jednoho čtverečního metru. Dobré optické vlastnosti materiálu však umožňují i silnější a větší prvky Mochi. Podle názoru vědců by Mochi mohl rozšířit možnosti použití izolačního skla v budouwých obálkách, například pro okna, světlíky a systémy přirozeného osvětlení. „Dalšími možnými aplikacemi jsou kryty pro skleníky, ochranné a izolační oděvy, stejně jako výzkum ve vesmíru, kde je potřeba zároveň optická průhlednost a tepelná izolace,“ uvádějí autoři studie.
V komentáři v časopise „Science“ potvrzují Longnan Li a Wei Li z Čínské akademie věd v Changchunu: „Představený koncept představuje přechod od tradičních aerogelů s neuspořádanou strukturou porech ke metamateriálům, které jsou vybaveny uspořádanými nanostrukturami a současně řídí tepelný a optický výkon v makroměřítku.“
Z energetického i ekonomického hlediska je potenciál silikonu jako metamateriálu značný. Opticky transparentní plochy, včetně textilií, by mohly být transformovány na energeticky efektivní povrchy, což by umožnilo výrazné snížení energetických nároků.
