Nad nowymi, pasywnymi materiałami grzewczymi i chłodzącymi, które mogą znacząco zmniejszyć zużycie energii w budownictwie, pracuje interdyscyplinarne konsorcjum badawcze pod kierunkiem dr. hab. Michała Borysiewicza z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki. W skład zespołu wchodzą specjaliści od nanomateriałów, termoelektryki, fizycy, zoolodzy i eksperci od modelowania optycznego.
Inspiracją dla naukowców jest przyroda, a dokładniej motyle – o ekstremalnie czarnym ubarwieniu oraz bardzo jasne, niemal białe. Ich niezwykłe kolory nie są efektem pigmentu, lecz mikrostruktur – specjalnych wzorów na ich skrzydłach. Te struktury odpowiadają za ich zdolność do silnej absorpcji (w przypadku bardzo czarnych) lub silnego odbijania światła słonecznego (w przypadku bardzo białych), co jest kluczowe dla efektywnej regulacji temperatury ciała tych zwierząt.
– Skrzydła czarnego motyla Troides magellanus pochłaniają światło lepiej niż wiele nowoczesnych materiałów opracowanych przez człowieka. Natura wyprzedziła nas o miliony lat – teraz próbujemy za nią nadążyć. Te skrzydła wykazują 98% absorpcji światła widzialnego, co oznacza, że niemal całkowicie pochłaniają padające na nie promieniowanie w tym zakresie. Tak wysoki poziom absorpcji to efekt złożonej mikro- i nanostruktury powierzchni, która działa jak naturalna „pułapka na światło” – wyjaśnia dr hab. Michał Borysiewicz z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, lider projektu BIOTHERM.
Czerń i biel z natury
Głównym celem zespołu jest znalezienie związków pomiędzy strukturą a właściwościami termicznymi bioinspirowanych nieorganicznych bardzo czarnych i bardzo białych cienkowarstwowych materiałów, w odniesieniu do ich naturalnych odpowiedników występujących u owadów. To punkt wyjścia do opracowania cienkowarstwowych, bioinspirowanych powłok: pochłaniających światło – jak skrzydła czarnych motyli, idealne do pasywnego ogrzewania; lub odbijających światło – jak pancerze białych owadów, skutecznie wspomagające chłodzenie.
– Chcemy lepiej zrozumieć ewolucję owadów przez wykonywanie w laboratorium analogów skrzydeł motyli z opracowanych materiałów, następnie pomiar ich właściwości termicznych oraz powiązanie ich z istniejącymi gatunkami. To pozwoli projektować bardziej wydajne materiały do regulacji temperatury i pomoże w lepszym zrozumieniu zagadnień istotnych dla zoologii – tłumaczy naukowiec z Łukasiewicz – IMiF.
Naukowcy planują wytworzyć nowe materiały na drodze magnetronowego rozpylania katodowego, aby w taki sposób uzyskać struktury analogiczne do tych występujących u owadów – o takich samych właściwościach optycznych i termicznych. Magnetronowe rozpylanie katodowe to nowoczesna technika, w której do wnętrza specjalnej komory wprowadza się gaz (np. argon), w komorze umieszcza się materiał, z którego chcemy uzyskać powłokę. W wyniku działania pola magnetycznego i napięcia, jony gazu „uderzają” w ten materiał, z jego powierzchni „wybijane” są atomy, które osadzają się na powierzchni powlekanej, tworząc bardzo cienką, jednorodną warstwę.
Następnie zostaną przeprowadzone pomiary odbicia światła i dzięki tym danym eksperymentalnym, uzupełnionymi o dane teoretyczne, możliwe będzie określenie własności struktur. Na koniec badacze przygotują moduły termoelektryczne, które zostaną pokryte opracowanymi warstwami i poddawane działaniu promieniowania słonecznego, aby jakościowo i ilościowo określić czy opracowane powłoki pochłaniają i odbijają ciepło słoneczne.
Synergia nauk – od fizyki po zoologię
Projekt realizowany jest przez interdyscyplinarne konsorcjum, które łączy ekspertów z różnych dziedzin. W skład zespołu wchodzą naukowcy zajmujący się nanomateriałami i termoelektryką (Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki), fizycy specjalizujący się w charakteryzacji struktur (Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej), zoolodzy owadów (Centrum Edukacji Przyrodniczej Uniwersytetu Jagiellońskiego), eksperci od modelowania optycznego (Uniwersytet w Chicago, Karlsruhe Institut of Technology).
– Udało mi się zaprosić do współpracy naprawdę wysokiej klasy specjalistów. Myślę, że razem zrobimy coś fantastycznego, a jednocześnie bardzo bliskiego praktycznemu zastosowaniu. Mamy świetnych zoologów z UJ pod kierownictwem prof. Tomasza Pyrcza, którzy zajmują się owadami, do tego fizyków z grupy prof. Mariusza Zdrojka oraz współpracowników spoza Polski: w Chicago jest grupa prof. Dakoty McCoy – specjalistki od badania czarno ubarwionych motyli, pająków, ptaków i mięczaków, a w Karlsruhe – grupa prof. Hendrika Hölschera, specjalizująca się w biomimetycznych strukturach – wylicza dr hab. Michał Borysiewicz, kierownik projektu.
Opracowywane powłoki mogą w przyszłości pokrywać elementy budynków lub urządzeń i częściowo zastępować systemy klimatyzacyjne czy grzewcze o wysokim zużyciu energii – a wszystko bez potrzeby zasilania zewnętrznego. Zastosowanie bioinspirowanych powłok może prowadzić do istotnych oszczędności energii w budynkach, które odpowiadają za około 40% całkowitego zużycia energii w Unii Europejskiej. Wprowadzenie pasywnych technologii ogrzewania/chłodzenia, chociażby w budynkach użyteczności publicznej, takich jak szkoły czy szpitale mogłoby przełożyć się na realne korzyści finansowe i dla środowiska.
MK, źródło: IMiF
Cytuję: „zoolodzy owadów"! „Koń by się uśmiał". Za to mi do śmiechu nie jest. Forum Akademickie zaczyna być ofiarą własnego sukcesu. Tak jak to było w wielu przypadkach za przysłowiowej Komuny. ? Persona (chyba ktoś bezrozumnie posłużył się AI xD), która napisała ten artykuł, jest w moim mniemaniu, typowym ignorantem, bo jak inaczej mam zinterpretować tego „zoologa owadów” (powinno być: zajmującego się owadami, „od owadów”, a najlepiej by było: entomologa).
O tempora, o mores!
(co za czasy i obyczaje)