Sinkende Nachttemperaturen sind eine grundlegende Tatsache, die Ernten, Ausrüstung und Infrastruktur schädigen kann. Ein Team von Wissenschaftlern hat eine neue Art von Folie entwickelt, die verschiedene Wellenlängen von Infrarotlicht selektiv absorbiert und reflektiert, um Objekte effektiv warm zu halten und so dazu beizutragen, Nutzpflanzen und Infrastruktur vor Schäden durch nächtliche Kälte zu schützen.
Die Erdatmosphäre ist für bestimmte Infrarotwellenlängen (d. h. thermische Energie) transparent, was bedeutet, dass sie direkt durch die Atmosphäre und in die extrem kalten Temperaturen des Weltraums gelangen können. Wissenschaftler nutzen dieses Phänomen, um Strahlungskühlsysteme für Gebäude zu entwickeln, aber es ist auch der Grund, warum die Oberflächentemperaturen über Nacht dramatisch sinken.
Diese Temperaturschwankungen und die daraus resultierenden Auswirkungen wie Frost und Tau können Ernten, Stromleitungen und andere Geräte und Infrastruktur beschädigen, die den Elementen ausgesetzt sind. Aktives Heizen erfordert oft den Einsatz von Heizgeräten, was nicht nur Energie verbraucht, sondern auch große Auswirkungen auf die Umwelt hat.
Doch in einer neuen Studie haben Wissenschaftler der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein Strahlungsheizsystem entwickelt, das passiv funktioniert. Das Forschungsteam hat einen nanophotonischen Film entwickelt, der unterschiedliche Lichtwellenlängen selektiv reflektiert und absorbiert, um die Wärme zu maximieren, die dem von ihm bedeckten Objekt zugeführt wird. Der Schlüssel besteht darin, Wellenlängen im Bereich von 8 bis 14 Mikrometern zu reflektieren, wenn die Atmosphäre transparent ist, und gleichzeitig Wellenlängen im Bereich von 5 bis 8 und 14 bis 16 (Strahlungsbänder) zu absorbieren.
Der Film besteht aus fünf ultradünnen Schichten abwechselnd aus Germanium und Zinksulfid. Diese Materialien haben einen Reflexionsgrad von 0,91 im transparenten Fenster und einen Absorptionsgrad von 0,7 im Strahlungsband. Bei Tests im Freien hielt die Folie die abgedeckte Oberfläche erfolgreich um 2,1 °C (3,8 °F) wärmer als eine Oberfläche, die alle Wellenlängen reflektierte, und um 4,4 °C (7,9 °F) wärmer als eine Oberfläche, die alle Wellenlängen absorbierte.
Es klingt nach einem Problem, das eine Decke oder eine andere einfache Abdeckung lösen könnte, aber das Team sagt, dass diese Technologie beim Schutz empfindlicher Oberflächen und Objekte weitaus effektiver ist. Darüber hinaus kann diese Technologie, wenn sie in einem Gebäude installiert wird, das Gebäude über Nacht auf einer angenehmen Temperatur halten und gleichzeitig ein Vermögen bei den Energiekosten einsparen.
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Light: Science and Applications veröffentlicht.