Китайские и американские ученые разработали строительный материал, который взаимодействует со светом и теплом таким образом, что он способствует охлаждению зданий, а не накоплению тепла внутри них, как это делает обычный цемент и бетон. Его применение позволяет снизить температуру внутри построек на 5 градусов Цельсия во время дневной жары.

Oб этом пишут ученые в статье в журнале Science Advances.

"При застывании этого цемента на его поверхности формируется особая структура из аналогов кристаллов природного минерала эттрингита, которая одновременно хорошо отражает видимый свет и при этом почти полностью пропускает через себя инфракрасное излучение в средней части его спектра. Это позволило нам снизить температуру внутри здания на 5 градусов Цельсия в условиях, аналогичных дневной жаре", - пишут исследователи.

Этот материал, который ученые назвали "фотонно-структурированным цементом", был создан группой китайских и американских материаловедов под руководством профессора Юго-Восточного университета (КНР) Мяо Чанвэня. Их разработка призвана решить один из главных недостатков классического цемента, который мешает его применению в тропических и жарких странах - строительные материалы на его основе отражают лишь 30% солнечного света и тепла.

Профессор Мяо Чанвэнь и другие ученые предположили, что эту проблему можно обойти, если структурировать частицы цемента таким образом, что изготовленная из них поверхность будет естественным образом отражать свет и пропускать через себя тепло. Подобным образом, как обнаружили ученые, ведет себя смесь из специального аморфного геля и встроенных в него кристаллов природного минерала эттрингита или его рукотворных аналогов.

Руководствуясь этой идеей, исследователи подготовили цементную смесь, чье перемешивание с водой ведет к спонтанному формированию скоплений из кристаллов эттрингита на поверхности стройматериалов. Для их корректного распределения по толще цемента ученые создали специальную форму из кремниевого полимера с множеством выемок и выступов, которые способствуют формированию на поверхности цемента так называемой метаповерхности.

Так физики называют рукотворные структуры, которые состоят из множества повторяющихся структурных элементов, сложным образом взаимодействующих с падающим на них светом. В этом случае ученым удалось создать такую метаповерхность, которая хорошо отражает падающий на нее солнечный свет, но при этом не мешает "побегу" тепла из стен зданий в окружающую среду. В результате этого подобные постройки будут поддерживать низкие температуры, а не прогреваться во время жары.

Для демонстрации этого ученые изготовили миниатюрные модели дома из обычного и "фотонно-структурированного цемента" и проследили за их реакцией на солнечный свет и тепло. Эти опыты показали, что новый материал снизил нагрев стен дома с 60-70 градусов до 30-35 градусов Цельсия в самые жаркие часы дня, в результате чего температуры внутри постройки упали на 5 градусов. В перспективе это позволит значительным образом снизить расходы на охлаждение домов, подытожили ученые.