Группа ученых из Массачусетского технологического института под руководством Джеффри Гроссмана разработала тонкие полимерные пленки, способные поглощать энергию солнечного тепла и выделять ее, когда это необходимо. Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Advanced Energy Materials.
Подобные материалы, называемые солнечным тепловым топливом (solar thermal fuels), были известны и ранее, однако существовали только в виде жидких растворов. До сих пор не было известно способа получить долговечный твердотельный материал с нужными свойствами. Новый подход позволяет создать тонкую пленку на основе недорогих технологий.
Ключом к решению данной задачи стали азобензолы, которые способны изменять расположение своих атомов в пространстве при облучении ультрафиолетом. При нагревании происходит возвращение атомов в исходное положение с выделением энергии. Ученые воспользовались свойствами азобензолов, чтобы создать на их основе полимерную пленку, способную поглощать и хранить солнечное тепло в течение долгого времени. Заключенная внутри молекулярной конфигурации энергия не рассеивается, а ее выделение можно вызвать с помощью небольшого физического воздействия на материал — теплового, светового или электрического.
Чтобы пленки могли поглощать большое количество тепла, исследователи модифицировали материал на молекулярном уровне, увеличив его энергетическую плотность — количество энергии, которое способно содержаться в единице объема или массы вещества. Ученые смогли довести ее до значения в 26 Вт*ч/кг, что близко к свинцово-кислотным аккумуляторам (30—50 Вт*ч/кг). Кроме того, они придали пленкам гладкость и однородность, а также способность реагировать на небольшой тепловой импульс, выделяя заключенную в молекулах энергию. Полученный материал может хранить поглощенное солнечное тепло в течение нескольких дней.
Исследователи надеются, что разработанные ими полимерные пленки смогут найти применение в системах отопительного оборудования, а также в качестве способа борьбы с обледенением дорог или автомобильных стекол.
Александр Еникеев