Niezwykłą właściwość dwutlenku wanadu odkryto już wiele lat temu. Jego cienka warstwa pochłania promieniowanie podczerwone – na przykład ze światła słonecznego – tylko poniżej pewnej temperatury. Powyżej niej – zaczyna je odbijać. Granicą, poniżej której dwutlenek wanadu zaczyna odbijać promieniowanie podczerwone, jest jednak temperatura 68 stopni Celsjusza. Dużo za wysoka, by myśleć o praktycznym zastosowaniu takiej powłoki.

Naukowcy sądzili jednak, że uda im się znaleźć odpowiednią domieszkę i sprawić, żeby taka powłoka z dwutlenku wanadu zmieniała się z przepuszczającej na odbijającą promieniowanie podczerwone przy dużo niższej temperaturze. Wiele kryształów zmienia swoje właściwości fizyczne po dodaniu do nich atomów innego pierwiastka. W ten sposób zmienia się właściwości półprzewodników, co znajduje wykorzystanie przy produkcji diod, tranzystorów czy laserów.

W 2004 roku badacze z Kolegium Uniwersyteckiego w Londynie (UCL) wykazali, że faktycznie można tę temperaturę obniżyć. Jeśli do dwutlenku wanadu wprowadzi się inny metal, wolfram, powłoka zmienia swoje właściwości już w temperaturze 29 stopni. Naukowcy pomyśleli o energooszczędnych oknach, które odbijałyby ciepło słońca latem, ale wpuszczałyby je do pomieszczeń zimą. Wyliczali, że taka technologia pozwoliłaby oszczędzić nawet połowę energii zużywanej na chłodzenie pomieszczeń.

Szyby, które chłodzą latem, jednak się nie przyjęły

Opracowany przez naukowców z UCL sposób pozwalał nanieść taką powłokę w procesie produkcji szkła. Niestety, powłoka miała mało atrakcyjną, zielonożółtą barwę. Chętnych na chłodzące szyby nie było. Być może nikt nie chciał wyglądać przez okna, które zabarwiają świat na zielonkawo. Przyznać trzeba też, że graniczna temperatura 29 stopni też nie była szczególnie atrakcyjna. Jeśli chcemy schłodzić pomieszczenia latem, to raczej do niższej temperatury.

Teraz o niemal identycznym odkryciu donoszą badacze z amerykańskiego Lawrence Berkeley National Laboratory oraz singapurskiego Uniwersytetu Technologicznego Nanyang. Ich pracę opublikowało prestiżowe czasopismo naukowe „Science”. Naukowcy opracowali powłokę z dwutlenku wanadu z domieszką wolframu, która zmienia swoje właściwości w temperaturze 25 stopni. A to już na tyle niska temperatura, że zapewnia komfort termiczny w upalne letnie dni.

Wynalazcy nanieśli powłokę z tak zmodyfikowanego dwutlenku wanadu na poli(metakrylan metylu), czyli tak zwane szkło akrylowe, popularnie zwane pleksiglasem. Materiał nazwali „temperature-adaptive radiative coating”, w skrócie TARC, czyli „termoadaptacyjna powłoka radiacyjna”.

TARC schłodzi wszystko, co może się zbytnio nagrzać. Od dachu domu po satelitę

Nowy materiał ma tę zaletę, że został naniesiony na warstwę tworzywa sztucznego. Można więc go produkować seryjnie z myślą o instalacji na budynkach.  – TARC wygląda trochę jak taśma klejąca. Można go przymocować do powierzchni, na przykład do dachów – mówi prof. Junqiao Wu z Berkeley Labs, wynalazca materiału.

TARC przetestowano już w 12 z 15 amerykańskich stref klimatycznych. Pokryty nim dach pozwala na zaoszczędzenie do 10 procent energii zużywanej na chłodzenie budynku.

Niestety, powłoka nadal ma zielonkawożółtą barwę. Nie będzie zapewne nikomu przeszkadzała na dachu domu. Zastosowanie jej na zewnętrznych ścianach może być już kwestią gustu (lub lokalnych przepisów regulujących kolorystykę elewacji).

Nie każdy też będzie chciał patrzeć na świat przez żółtawą okienną szybę. Można jednak sobie wyobrazić okiennice wykonane z takiego tworzywa i zamykane tylko na czas upału. Możliwe też, że inne domieszki pozwolą na uzyskanie całkiem przezroczystego dla światła tworzywa.

Prof. Wu sądzi, że powłoka może przydać się też do ochrony przed przegrzewaniem się – a co za tym idzie, do przedłużenia żywotności – baterii laptopów i smartfonów, osłon satelitów i części samochodów. – Może znaleźć też zastosowanie w szklarniach, pokryciach namiotów, a nawet ubrań i nakryć głowy – sugeruje prof. Wu.

Źródła: Lawrence Berkeley National Laboratory, Science, Journal of Materials Chemistry.