а) Схема поведения материала SCO при смене дня и ночи. б) Схема работы материала SCO под действием солнечного излучения. Когда погода жаркая, а материал находится в состоянии HS (белый), свет отражается и контролируется повышение температуры в помещении. Наоборот, при низких температурах материалы показывают состояние LS (розовый), поэтому поглощается большее количество длин волн и нагревается помещение. в) Иллюстрация спинового перехода под действием внешних раздражителей. Авторы и права: Передовая наука (2022 г.). DOI: 10.1002/advs.202202253

Ослабление эффекта теплового острова с помощью механизмов терморегуляции в строительных элементах может улучшить тепловой комфорт человека и условия жизни в городских районах. Пассивные системы терморегуляции, встроенные в крыши, окна или стены и работающие без электричества, представляют собой энергоэффективное и экологически безопасное решение.

Материалы с фазовым переходом сводят к минимуму колебания температуры за счет использования скрытого тепла, но имеют некоторые ограничения. Применение этих методов привело к охлаждению как днем, так и ночью. Поэтому необходимы исследования новых материалов, уменьшающих колебания температуры в обоих направлениях.

Исследователи под руководством доктора Хосе Санчес-Коста и доктора Аны Эспиноса из IMDEA Nanociencia продемонстрировали, что молекулярные материалы могут применяться для целей терморегуляции в новом подходе. В своей последней работе, опубликованной в Advanced Science, группа протестировала координационные полимеры на молекулярной основе, встроенные в пластиковые матрицы, в нескольких циклах нагрева-охлаждения.

Они наблюдали сопутствующий фазовый переход и изменение цвета с розового на белый, что приводило к охлаждающему эффекту по сравнению с другими термохромными материалами. Измеренные температуры показали, что нагретый материал способен более эффективно рассеивать тепло благодаря двум эффектам: поглощению энергии, которое запускает фазовый переход, и оптическому отражению из-за изменения цвета в сторону белого, что отражает больше энергии. Кроме того, охлажденный материал (розовый) вызывал демпфирование снижения температуры из-за десорбции тепла, образующегося при фазовом переходе. Это приводит к более низким колебаниям температуры во время циклов нагрева и охлаждения.

Температура в зависимости от времени воздействия с включением-выключением солнечных циклов. Кредит: передовая наука

Материалы молекулы спин-кроссовера были удивительно стабильны при циклировании; в этом исследовании было выполнено до 40 циклов с аналогичными результатами. Эти универсальные материалы могут быть рассчитаны на определенные свойства, такие как температура перехода и термический гистерезис.

В этом исследовании исследователи демонстрируют, что тепла, выделяемого солнцем, достаточно для создания спинового перехода в спин-кроссоверном материале. Это, в свою очередь, приводит к эффекту охлаждения из-за увеличения отражения света в результате изменения цвета и поглощения энергии, связанного со спиновым переходом. Следовательно, молекулярные материалы со спиновым кроссовером можно использовать для уменьшения колебаний температуры и потенциально использовать в элементах пассивного контроля температуры в зданиях.