Ученые создали "холодный" цемент, снижающий температуру в зданиях на 5 градусов без кондиционеров

Новый цемент для комфортного климата внутри зданий

Ученые из Китая и США разработали новый строительный материал, который, в отличие от традиционного цемента и бетона, не накапливает тепло, а способствует охлаждению зданий. Его применение может снизить температуру внутри помещений на 5 градусов Цельсия в жаркое время суток. Эти данные опубликованы в журнале Science Advances.

"При застывании этого цемента на его поверхности формируется особая структура из аналогов кристаллов природного минерала эттрингита, которая одновременно хорошо отражает видимый свет, и при этом почти полностью пропускает через себя инфракрасное излучение в средней части его спектра. Это позволило нам снизить температуру внутри здания на 5 градусов Цельсия в условиях, аналогичных дневной жаре", - пишут исследователи.

Этот материал, получивший название "фотонно-структурированный цемент", создан группой китайских и американских материаловедов под руководством профессора Юго-Восточного университета (КНР) Мяо Чанвэня. Их разработка направлена на решение проблемы классического цемента, который плохо подходит для использования в тропических и жарких регионах, так как отражает только 30% солнечного света и тепла.

Профессор Мяо Чанвэнь и его коллеги предположили, что можно решить эту проблему, изменив структуру частиц цемента таким образом, чтобы его поверхность естественным образом отражала свет и пропускала тепло. Ученые выяснили, что такими свойствами обладает смесь из специального аморфного геля и встроенных в него кристаллов природного минерала эттрингита или его искусственных аналогов.

Исходя из этой идеи, исследователи создали цементную смесь, которая при контакте с водой спонтанно образует скопления кристаллов эттрингита на поверхности строительных материалов. Для правильного распределения этих кристаллов по толще цемента ученые разработали специальную форму из кремниевого полимера с множеством выемок и выступов. Эти элементы способствуют формированию на поверхности цемента так называемой метаповерхности. Физики называют метаповерхностями искусственные структуры, состоящие из множества повторяющихся элементов, которые сложным образом взаимодействуют с падающим на них светом.

В данном случае ученым удалось создать метаповерхность, которая эффективно отражает солнечный свет, при этом не мешая отводу тепла из стен зданий в окружающую среду. В результате, постройки с использованием такого материала будут поддерживать низкую температуру, а не нагреваться в жару.

Для демонстрации эффективности нового материала ученые изготовили миниатюрные модели домов из обычного и "фотонно-структурированного цемента" и наблюдали за их реакцией на солнечный свет и тепло. Эти эксперименты показали, что новый материал снизил нагрев стен дома с 60-70 градусов до 30-35 градусов Цельсия в самые жаркие часы дня, что привело к снижению температуры внутри постройки на 5 градусов. Ученые пришли к выводу, что в будущем это позволит значительно сократить расходы на охлаждение домов.