Вакуум не только является проблемой космических путешественников, но и является одним из лучших теплоизоляторов в природе, к примеру, держа горячими напитки и еду в вакуумных термосах. Тепло передается от одного тела к другому, благодаря таким явлениям, как конвекция и теплопроводность, но оба этих явления требуют наличия третьей среды или тела, служащих переносчиком тепла. С этими двумя методами переноса успешно справляется вакуумная термоизоляция, но существует еще один метод передачи тепла – радиационный, когда тепло от тела к телу передается через невидимое инфракрасное или видимое излучение, которое беспрепятственно проходит сквозь вакуумную прослойку.
Для решения проблемы создания качественной теплоизоляции ученые из Стэндфордского университета провели ряд опытов над так называемыми «фотонными кристаллами». Эти кристаллы представляют собой упорядоченные наноструктуры, которые задерживают и даже отражают только свет из узкого диапазона длин волн, включая и инфракрасный. Диапазон света и оптические свойства фотонных кристаллов зависят от размеров, вида и геометрического расположения наноструктур в материале кристалла.
Ученые сделали фотонный кристалл из 10 слоев, общей толщиной всего 100 микрон. Проведенные над кристаллом эксперименты показали, что теплопередача этого кристалла практически не зависит от его толщины. На теплопередачу влияет только длина волны излучения, которым его освещают.
Таким образом, комбинация вакуумной прослойки и слоя фотонных кристаллов, блокирующих передачу инфракрасного излучения, представляет собой практически идеальный теплоизолятор. Помимо приоритетного использования этой технологии для обеспечения термоизоляции космических скафандров астронавтов, космических аппаратов, зданий и строений на поверхности космических объектов и других планет, эта технология может быть применена и в области солнечной энергетики. Фотонные кристаллы могут служить в качестве одностороннего зеркала, которое выполняет функции ловушки и не позволяет солнечному свету отражаться от поверхности солнечных батарей, повышая, таким образом, КПД преобразования солнечной энергии в тепловую или электрическую энергию.
Источник: dailytechinfo
|
