Покрытие, которое летом защищает от перегрева, зимой теряет полезный солнечный свет, а поверхность, эффективно поглощающая тепло, под палящим солнцем начинает нагревать здание. Современные материалы все чаще соседствуют с антеннами и электроникой, где от них также требуется управлять беспроводными сигналами. Чтобы решить эти проблемы, ученые объединили в одной пленке две противоположные функции и назвали полученную архитектуру в честь двуликого римского бога Януса.
Нагревающая сторона построена на диоксиде ванадия (VO₂), который меняет свои свойства при нагревании примерно до 68°C. В холодном состоянии он действует как изолятор, а при нагреве становится проводящим. Материал внедрили в волокнистую структуру внутри полимера: при нагреве волокна образовала проводящие пути, и пленка начала отражать и поглощать микроволны, вместо того чтобы пропускать их. Эта же сторона поглощает до 94,5% солнечной энергии и нагревается до 73°C.
Охлаждающая сторона, напротив, использует пористую структуру с частицами диоксида кремния. Она отражает более 90% солнечного излучения и эффективно излучает тепло в инфракрасном диапазоне, что позволяет снижать температуру поверхности на 4-12°C ниже окружающей среды. Таким образом, одна пленка может работать и как нагреватель, и как система пассивного охлаждения.
Температура управляет не только тепловыми свойствами, но и поведением в отношении беспроводных сигналов. При низких температурах пленка пропускает микроволны почти без потерь, но при нагреве резко меняет свойства и начинает экранировать сигнал. В диапазоне X-полосы пропускание падает с 83,6% до 0,06%, а уровень экранирования превышает 30 дБ — значительно выше практических порогов подавления помех. В ходе демонстрации даже Bluetooth-соединение переставало работать после нагрева поверхности.
В конструкции также использован принцип, заимствованный у пингвинов — водостойкость. Обе поверхности обладают сверхгидрофобными свойствами: вода скатывается каплями, не растекаясь, что помогает сохранять рабочие характеристики в дождь, грязь и мороз. Замерзание может быть отсрочено до 812 секунд, а лед тает за 17 минут при слабом солнечном свете даже при -6°C.
Потенциальные сферы применения включают адаптивные фасады зданий, которые зимой удерживают тепло, а летом охлаждаются, снижая энергопотребление. Моделирование обещает экономию 38,9 МДж/м² в год. Транспортные средства смогут регулировать температуру поверхности, а корпуса электроники — пропускать сигналы при необходимости и блокировать помехи. В дальнейшем исследователи планируют испытать материал в реальных условиях и наладить масштабное производство.
