В MIT научились улавливать тепло солнца, двигателей и микросхем

Специалисты Массачусетского технологического института продемонстрировали новый способ хранения любого «лишнего» тепла — двигателей, станков или солнца. Они придумали материал с управляемой теплоотдачей.

Сохранять тепловую энергию может, например, воск. Стоит его нагреть, и он начинает плавиться, абсорбируя все больше тепла. А когда жидкий воск охлаждается, твердея, он отдает все накопленное во время фазового перехода тепло. Подобные материалы применяются в качестве концентраторов солнечного излучения и в отопительных системах. Но у них есть существенный недостаток — момент выделения тепла зависит от температуры окружающей среды, и контролировать его невозможно, пишет MIT News.

«Можно зарядить батарею телефона или электромобиля, и она будет хранить электричество, пока оно вам не понадобится, — говорит профессор Джеффри Гроссман, работающий над этой проблемой более десяти лет. — Но люди не могут разогревать свои солнечные плитки, когда Солнце уже зашло. И к тому времени, когда ужин должен быть готов, плитка уже отдала все свое тепло холодному вечернему воздуху. Поэтому нам нужен был механизм управления временем теплоотдачи».

В поисках такого механизма Гроссман и его коллеги обратились к молекулам-фотопереключателям. Если направить на них свет определенной длины волны, они меняют форму и остаются в таком положении, пока на них не подействуют волной другого диапазона. Тогда они принимают изначальное положение, выделяя в процессе тепло.

Однако все эти молекулы обладали одним ограничением — их можно было переключать только с помощью света. А чтобы материал запасал тепло, его должна «переключать» температура. Поэтому ученые начали изучать возможность использования фотопереключателя новым образом — как механизма, запускающего выделение энергии из материала, меняющего фазовое состояние.

Если смешать молекулы-фотопереключатели с меняющим фазу материалом, они не дадут ему затвердеть — даже если температура опустится ниже обычного уровня. Так можно было бы управлять моментом выделения тепловой энергии.

Серия испытаний показала состоятельность идеи. Свет ультрафиолетовой лампы, падающий на жидкую смесь, изменил большинство молекул. После этого жидкость не твердела даже при комнатной температуре, что на целых 10 градусов Цельсия ниже, чем обычный порог отвердевания для этого материала. Осветив ее видимым светом в течение 30 секунд ученые добились теплоотдачи.

Также они проверили надежность системы, заряжая и разряжая материал сто раз в течение 50 часов. Его структура осталась неизменной.

Молекулу, пригодную для долговременного хранения тепла, синтезировали шведские ученые. Она может накапливать тепловую энергию летом и отдать ее зимой.