V poslední době se objevují metamateriály, které jsou zárukou divných, rozhodně nepřirozených vlastností, které vzdorují každodenní zkušenosti. Pěkným příkladem je vypečený metamateriál, který pochází z dílny německé techniky Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Gan Huang a jeho kolegové vymysleli materiál, který si dělá legraci ze selského rozumu. Říkají mu Polymer-based Micro-photonic Multi-functional Metamaterial (PMMM) a má podobu tenkého filmu, který se umístí třeba na skleněnou desku, typicky nějaké okno. Za jeho fyzikálně záludné vlastnosti je zodpovědná mikroskopická struktura povrchu, který je pokrytý nepatrnými pyramidkami o délce základy 10 mikronů.
Tyto mikropyramidy rozptylují 73 procent záření, které na materiál dopadne. Díky tomu se lidskému oku jeví jako hodně zamlžené sklo. Jenomže je zrádný. Ve skutečnosti je jeho transmitance, čili veličina udávající množství elektromagnetického záření určité vlnové délky, které prošlo skrz, asi 95 procent. Typické sklo má přitom transmitanci asi 91 procent. Je to jako kouzlo. Sklo, přes které není vidět, ale přitom propustí více světla, než obyčejné sklo, s jakým se každodenně setkáváme.
Je to zajímavé pro lidi, ale také pro pokojové rostliny, které často strádají za záclonami, závěsy nebo třeba žaluziemi. Jak pyšně říká Huang, když tenhle metamateriál použijete při stavbě domu, získáte prosvětlené prostory, kde je ale přitom dostatek soukromí pro člověka, co netrpí touhou se předvádět světu. Metamateriál by také mohl být výborný pro skleníky, protože by měl zajistit o 9 procent účinnější fotosyntézu než ve skleníku s klasickou skleněnou konstrukcí.
Asi úplně nejlepší trik metamateriálu PMMM ale spočívá v tom, že nasměruje tepelné záření do kosmického prostoru díky radiačnímu chlazení (radiative cooling). Tento jev využívá skutečnosti, že pozemská atmosféra je průhledná pro infračervené záření. PMMM využívá vesmír jako chladič a podle experimentů udrží místnost pasivně chladnější asi o 6 °C oproti běžné teplotě. Třešničkou na dortu je, že PMMM je také samočistící a je možné ho snadno vyrábět ve velkém.
Video: Energy Free Cooling through Physics
Literatura
Tekuté sklo ve spreji převratným nanomateriálem
Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2010)
Samoopravný povrch automobilu „vyžehlí“ škrábance za půlhodinu na Slunci
Autor: Stanislav Mihulka (10.08.2022)
Kouzla magnetooptiky: Magnetický metamateriál dokáže uvěznit světlo
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2023)
Invisibility Shield: Pokročilé štíty neviditelnosti jsou větší a účinnější
Autor: Stanislav Mihulka (28.03.2024)
Diskuze:
LCD
Petr Nejedlý,2024-05-29 05:24:10
No já tedy nevím, ale přesně takhle se chová difůzní vložka v běžném, 10 let starém LCD panelu. Tenká folie, vidět přes ni není, ale světlo vede dobře -fotony zřejmě výrazně distribuuje po ploše, což je primární důvod, proč to v tom panelu je.
Na AliExpressu vám to prodají třeba i v metráži za pár drobných.
Re: LCD
Martin Šíra,2024-05-30 11:54:50
I na AliExpressu jde snadno dohledat, ze stavajici difuzni folie maji transmitance mensi nez prezentovany vyzkum. Nejlepsi na aliexpressu vidim s 88 %, ale zase nema dobrou difuznost. No a samocistici efekt urcite nemaji, protoze hodrni i dolni strana je hladka (dle pochybnych informaci vyrobce).
Využití
Tomáš V,2024-05-28 20:35:30
Patrně efektivní využití by mohlo být u fotovoltaických panelů. Za předpokladu, že materiál neodfiltruje právě tu potřebnou část světla. Pokud by naopak na osvícení přidal, pak by měl dvojí přínosný efekt a tím je i menší zahřívání panelů v letním období. Panelům klesá účinnost se zvyšující se teplotou povrchu a fotocitlivá vrstva panelů je z výroby tmavá - snáze se prohřívá.
Ežo Vlkolinský,2024-05-28 16:04:24
O 4% viac svetla spôsobí o 9% účinnejšiu fotosyntézu. Tomu nerozumiem.
Re:
F M,2024-05-29 13:41:25
Jde o tu difúzi, světlo nejde jen z jednoho směru a "není tolik rostliny ve stínu", rostlina pohltí víc světla. Jde i o efektivitu, přesvícené místo (přímým svitem) nepracuje se světlem tak efektivně (je tam něco jako strop, kolik může zpracovat) přehřívá se a tak. Ono to není nic nového, řešilo se to již dávno, ale nevím jak to zapadlo do reálného provozu náklady/přínosy.
Tedy jednovětá odpověď zní: Většina, při vysokém osvětlení téměř všechen, nárůstu té účinnosti jde za tou difúzí.
Nečetl jsem, ale při nahlédnutí to vypadá lehce stravitelně i pro relativně běžného zahrádkáře.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4559655/
Re: Re:
D@1imi1 Hrušk@,2024-05-29 14:19:39
A není ve sklenících difúzní osvětlení běžný stav už dávno?
Re: Re: Re:
F M,2024-05-29 20:00:53
Tady ta správná otázka možná zní, dělají se ještě vůbec někde skleníky ze skla? Každopádně ty % šalamounsky vztahují ke sklu, nejspíše k obyčejné okenní tabuli. Samozřejmě to nezkoušeli, jde o odhad z praxe jiných materiálů. Ta životnost a samočitelnost (třeba ptačí unko) a potencionální oděr se mi mimo sendvič moc nezdá, řešili tam jen prach a jen většinové frakce (ne ten nejjemnější) v testované lokalitě.
Pokud tam bude reálný chladící výkon, snaží se tvrdit, že ano a alespoň nějaký rozdíl proti sklu tam bude, tak nevím jestli a jak to pomůže v našich zeměpisných šířkách, samozřejmě zde to nejde vypnout.
To bude nejspíše déle než 10 let (skleróza) kdy jsem tu difusi někde pochytil, řešilo se to u umělého osvitu spolu s rozložením spektra/intenzity, tam se to předpokládám používá? Na ta svítidla to dává větší bonus.
vyzařování do kosmu
Florian Stanislav,2024-05-28 12:40:31
Článek i zdroj Atlas.
"trik metamateriálu PMMM ale spočívá v tom, že nasměruje tepelné záření do kosmického prostoru díky radiačnímu chlazení (radiative cooling). Tento jev využívá skutečnosti, že pozemská atmosféra je průhledná pro infračervené záření. "
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CO2_H2O_absorption_atmospheric_gases_unique_pattern_energy_wavelengths_of_energy_transparent_to_others.png
Průhlednost pro infračervené záření závisí na vlnové délce. Okno vodních par je kolem 10 mikrometrů, což odpovídá vyzařování asi při 15°C. Pyramidy na povrchu mají taky asi 1O mikrometrů.
https://www.osel.cz/12087-dumyslny-stresni-material-se-ochlazuje-v-lete-a-ohriva-v-zime.html?typ=odpoved&id_prispevku=213225
"Radiační chlazení funguje tak, že odebírá teplo z okolí a vyzařuje ho zpátky do atmosféry"
Můj názor: Že okno se chladí vyzařováním do atmosféry není totéž, jako že vyzařuje do vesmíru. Tím, že případně ze skla vyzáří do kosmu se skleníkovému jevu ( vyzařování většiny povrchu) moc nezabrání.
Re: vyzařování do kosmu
F M,2024-05-29 22:52:13
Myslím, že se jedná o skleníkový efekt jen uvnitř té budovy, nebo skleníku, nevím přesně odkud to berete, ono to bude zřejmě ztraceno v překladu.
Ta budova se opravdu "chladí do vesmíru" stejně jako zemský povrch v noci za jasné oblohy (tedy i jindy, ale tehdy je to markantní). Ale zde je ta specifická vlastnost, že je vysoká emisivita právě v tom pásmu okna "přímo do vesmíru". "Emisivita (8–13 μm) je ~0,98, což se blíží ideálnímu černému tělesu." Což, pokud to dobře chápu, znamená negativní energetickou bilanci, protože z vesmíru na +-této vlnové délce nepřichází téměř žádná energie a naopak se vyzařuje. Tedy nutno podotknout, že to sklo na tom také není špatně, ale od pár stupňů (pár desítek W/m2) jim to v simulaci i reálu (malá ptačí budka s obrovským oknem) odpomůže.
Je zde graf těch vlastností: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48150-2
Obrázkografy č 2,3,4 a popisky, text stačí přeskočit.
Děkuji za ten odkaz zde na oslu, nemohl jsem si vzpomenout kde jsem ten oteplovací/chladící materiál viděl.
životnost
František Liška,2024-05-28 09:07:49
Také se obávám, že životnost by mohla být docela nízká, že se ty pyramidky "obrousí". Zejména na střeše. Ačkoli, mohla by to být jedna z vnitřních vrstev ve dvojsklu/trojsklu a tam by to životnost celého okna určitě přežilo.
a máme to chtít?
Petr Petr,2024-05-28 05:12:20
Výroba pyramid bude jistě nákladnější (více zatěžující) než výroba antireflexní vrstvy, která se už běžně dodává. Ten cooling effect je převážen zvýšením skleníkového jevu díky té větší propustnosti. Hydrofobičnost neznamená (jen předpokládané) dokonalé sebečištění. Například:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.2c07328
Tj. i tak se povrch časem zapráší, opotřebí,... a bude se to muset dříve vyměnit, což jsou další náklady navíc kvúli jednotkám procent na začátku...
Re: a máme to chtít?
Macko Pu1,2024-05-28 06:32:52
To su tvrdenia level mohlo by, alebo to tak je? Lebo my na slovensku riesime ze ak zem by mohla byt plocha.
Re: Re: a máme to chtít?
Petr Petr,2024-05-28 15:30:06
Na Slovensku řešíte tu placatou Zem...
A máte nejasné dotazy. Jedno tvrzení je podpořeno citací vědeckého článku. Další jsou celkem zřejmá, ale srovnávat to s placatou Zemí - "klamná analogie"?
https://cs.wikipedia.org/wiki/Argumenta%C4%8Dn%C3%AD_klam
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
