Dieser von Pingu inspirierte Film kann Signale bei Bedarf erhitzen, kühlen und blockieren

Gleichzeitig befinden sich viele moderne Oberflächen in der Nähe , wo sie auch Funkwellensignale managen müssen. Die Kombination all dieser Funktionen in einem Material war schwierig, da die Temperaturkontrolle und die Signalsteuerung auf sehr unterschiedlichen Eigenschaften beruhen.

Was wäre, wenn ein Material je nach Wetterlage zwischen diesen Rollen wechseln und gleichzeitig Funkwellensignale steuern könnte? Das ist die Idee hinter einem neuen „pinguininspirierten“ Film, der weniger wie eine passive Beschichtung und mehr wie eine adaptive Haut funktioniert.

Es kann Sonnenlicht absorbieren, um sich aufzuwärmen, es reflektieren, um kühl zu bleiben, und sogar umschalten, deren Blockieren, und das alles ohne Motoren oder Elektronik.“Wir schlagen eine , auf VO2 basierende Janus-Architektur vor, die dynamische Thermoregulierung mit breitbandiger Mikrowellenmodulation synergetisch integriert“, stellen die Forscher fest.

Zwei Gesichter, ein Zweck: die Neugestaltung

Zwei Gesichter, ein Zweck: die Neugestaltung der Temperaturkontrolle. Die Kernherausforderung war immer die Starrheit.

Herkömmliche Materialien sind fixiert: Eine Kühlbeschichtung reflektiert immer Sonnenlicht, und eine Heizfläche absorbiert es immer. Es gibt keine einfache Möglichkeit, zwischen diesen Zuständen zu wechseln, ohne mechanische Systeme oder komplexe Elektronik hinzuzufügen.

Darüber hinaus befinden sich moderne Oberflächen zunehmend in der Nähe , wo sie auch elektromagnetische Wellen steuern müssen. Die Kombination , ohne dabei eines zu beeinträchtigen, war ein großes Hindernis.

Der neue Ansatz begegnet diesem Problem,

Der neue Ansatz begegnet diesem Problem, indem er eine Janus-Struktur baut – benannt nach dem zweifacierten römischen Gott –, bei der jede Seite eine andere Aufgabe übernimmt. Eine Seite ist für das Heizen konzipiert.

Sie verwendet Vanadiumdioxid (VO₂), ein Material, das dafür bekannt ist, sein elektrisches Verhalten mit der Temperatur zu ändern. Bei niedrigeren Temperaturen wirkt VO₂ wie ein Isolator, aber wenn es sich erwärmt (bei etwa 68°C), wird es viel leitfähiger.

Dieser Übergang ist entscheidend. Die Forscher haben VO₂ in winzige faserartige Strukturen in einem flexiblen Polymer eingebettet.

Wenn das Material erhitzt wird, bilden

Wenn das Material erhitzt wird, bilden diese Fasern leitfähige Pfade, wodurch die Oberfläche stark mit Mikrowellen interagieren kann – indem sie diese reflektieren und absorbieren, anstatt sie durchzulassen. Diese Heizseite funktioniert auch stark unter Sonneneinstrahlung.

Es absorbiert 94,5 Prozent der einfallenden solaren Energie und erreicht in Labortests Temperaturen 73°C (etwa 52°C über der Umgebungstemperatur) und draußen etwa 87°C. Wenn die Wärme den Signalumschalter betätigt Die andere Seite tut das Gegenteil.

Sie ist für die Kühlung konzipiert und verwendet Silikatpartikel und eine poröse Struktur, um Sonnenlicht zu streuen und eine Erwärmung zu verhindern. Gleichzeitig emittiert sie Wärme effizient im mittleren Infrarotbereich – dem Teil des Spektrums, in dem thermische Energie in den Himmel entweichen kann.

Diese Seite reflektiert über 90 Prozent

Diese Seite reflektiert über 90 Prozent des Sonnenlichts und erreicht eine Infrarotemission von 97,1 Prozent, wodurch sie draußen 4–12°C unter der Umgebungstemperatur bleiben kann. Zusammen verleihen diese beiden Seiten demselben Material zwei völlig unterschiedliche thermische Funktionen.

Der eigentliche Kniff kommt jedoch daher, wie die Temperatur alles miteinander verbindet. Wenn sich die VO₂-Schicht erwärmt und leitfähig wird, kehrt sich das Mikrowellenverhalten des Materials um.

Bei Raumtemperatur lässt es Signale mit minimalem Verlust passieren. Jedoch sinkt sein elektrischer Widerstand nach dem Erhitzen um vier Größenordnungen und verwandelt es in einen Schild.

Im X-Band (das in Radar

Im X-Band (das in Radar und Kommunikation verwendet wird) sinkt die Mikrowellenübertragung von 83,6 Prozent auf nur 0,06 Prozent, mit einer Abschirmwirkung von über 30 dB – weit über praktischen Störblockierungsschwellenwerten. Dies ist nicht nur Theorie.

In einer einfachen Demonstration funktionierte eine Bluetooth-Verbindung bei niedrigen Temperaturen normal, wurde aber nach dem Erhitzen unterbrochen. Das Design übernimmt auch einen weiteren Trick : die Wasserresistenz.

Beide Oberflächen sind superhydrophob, was bedeutet, dass Wasser Tropfen bildet und abrollt, anstatt sich auszubreiten. Dies hilft, die Leistung bei Regen, Schmutz oder Frost aufrechtzuerhalten.

Es ermöglicht auch ein anti-eisbildendes Verhalten

Es ermöglicht auch ein anti-eisbildendes Verhalten – das Einfrieren kann um bis zu 812 Sekunden verzögert werden, und Eis kann bei schwachem Sonnenlicht sogar bei –6°C innerhalb von 17, schmelzen. „Der Film weist superhydrophobe Eigenschaften auf, die anti-icing-, de-icing- und selbstreinigende Funktionen verleihen“, sagten die Studienautoren.

Eine Oberfläche, die sich anpasst, aber nicht ohne Grenzen. Was diese Arbeit besonders macht, ist nicht nur das Umschalten selbst, sondern die Tatsache, dass ein Material Rollen übernehmen kann, die normalerweise separate Systeme erfordern.

Beispielsweise könnte ein Gebäude eine Seite des Films im Winter nutzen, um Wärme zu speichern, und die andere im Sommer, um kühl zu bleiben – wodurch der Energieverbrauch reduziert wird (Simulationen deuten auf ca. 38,9 MJ/m² pro Jahr oder etwa 11 Einheiten Strom pro Quadratmeter hin, was ausreicht, um ein Smartphone Hunderte Male zu laden).

Fahrzeuge könnten die Oberflächentemperaturen dynamisch steuern.

Fahrzeuge könnten die Oberflächentemperaturen dynamisch steuern. Elektronikgehäuse könnten Signale bei Bedarf durchlassen und bei sich ändernden Bedingungen Interferenzen blockieren.

Auch dies unterscheidet es üheren Arbeiten zu passiver Strahlungskühlung oder Phasenwechselmaterialien, die sich typischerweise auf eine einzige Funktion konzentrieren. Radiative cooling films können Temperaturen senken, können aber keine Rollen wechseln oder elektromagnetische Wellen regulieren.

VO₂ wurde hingegen bereits in intelligenten Beschichtungen erforscht, aber die Integration in ein doppelseitiges, multifunktionales System mit realen Haltbarkeitsmerkmalen ist ein Fortschritt.

Im nächsten Schritt planen die Forscher,

Im nächsten Schritt planen die Forscher, das Material in realen Umgebungen über lange Zeiträume zu testen, Wege zur Skalierung seiner Produktion zu finden und es weiter zu verbessern, damit es eines Tages aus dem Labor kommen und zuverlässig auf Dächern, Fahrzeugen und verschiedenen anderen Outdoor-Elektronikgeräten funktionieren kann.

Die Studie wurde im Journal Advanced Functional Materials veröffentlicht.