Energiebesparende constructie geïnspireerd op de vleugels van een zwarte vlinder – een nieuw project van Łukasiewicz

De ontwikkeling van nieuwe passieve verwarmings- en koelmaterialen die het energieverbruik in de bouw aanzienlijk kunnen verminderen – dat is het doel van het BIOTHERM-project, geleid door het Instituut voor Micro-elektronica en Fotonica van Łukasiewicz. De inspiratie voor wetenschappers zijn de vleugels van een zwarte vlinder.

Het gaat specifiek om de soort Troides magellanus. "Zijn vleugels absorberen licht beter dan veel moderne materialen die door de mens zijn ontwikkeld. De natuur heeft ons miljoenen jaren ingehaald – nu proberen we bij te blijven. Deze vleugels absorberen 98% van het zichtbare licht, wat betekent dat ze de straling die er in dit bereik op valt bijna volledig absorberen. Zo'n hoge absorptie is het resultaat van de complexe micro- en nanostructuur van het oppervlak, die als een natuurlijke 'lichtval' fungeert", lezen we in een persbericht van het promotiebureau van het Instituut voor Micro-elektronica en Fotonica van Łukasiewicz.

Interessant is dat deze vlinders extreem zwart en zeer licht, bijna wit zijn. "Hun ongewone kleuren zijn niet het resultaat van pigment, maar van microstructuren – speciale patronen op hun vleugels. Deze structuren zijn verantwoordelijk voor hun vermogen om zonlicht sterk te absorberen (in het geval van zeer zwart) of sterk te reflecteren (in het geval van zeer wit), wat cruciaal is voor de effectieve regulering van de lichaamstemperatuur van deze dieren", aldus de onderzoekers.

En het zijn deze vlinders die het onderzoeksteam onder leiding van dr. Hab. Michał Borysiewicz inspireerden. Het onderzoek zal onder andere worden uitgevoerd door specialisten in nanomaterialen, thermo-elektriciteit, natuurkundigen, zoölogen en experts in optische modellering.

Hun voornaamste doel is om verbanden te vinden tussen de structuur en thermische eigenschappen van door de natuur geïnspireerde, anorganische, zeer zwarte en zeer witte, dunne-filmmaterialen, in relatie tot hun natuurlijke insectentegenhangers.

Voor onderzoekers zal dit een startpunt zijn voor de ontwikkeling van dunne, bio-geïnspireerde coatings: licht-absorberend (zoals de vleugels van zwarte vlinders, ideaal voor passieve verwarming) en licht-reflecterend (zoals de schilden van witte insecten, effectief ter ondersteuning van koeling).

De onderzoekers willen ook de evolutie van insecten beter begrijpen door in het laboratorium analogen van vlindervleugels te maken met de ontwikkelde materialen.

Volgens wetenschappers kunnen de ontwikkelde coatings in de toekomst elementen van gebouwen of apparaten bedekken en gedeeltelijk airconditioning- of verwarmingssystemen met een hoog energieverbruik vervangen – zonder dat er een externe stroomvoorziening nodig is.

Wetenschappers zijn van plan nieuwe materialen te produceren door middel van magnetronsputteren, om structuren te verkrijgen die vergelijkbaar zijn met die van insecten – met dezelfde optische en thermische eigenschappen. Zoals de onderzoekers in de informatie uitlegden, is magnetronsputteren een moderne techniek waarbij een gas (bijvoorbeeld argon) in een speciale kamer wordt gebracht en het materiaal waarvan we de coating willen verkrijgen, in de kamer wordt geplaatst. Door de werking van het magnetische veld en de spanning "raken" gasionen op dit materiaal, waardoor atomen van het oppervlak worden "geslagen", die zich op het gecoate oppervlak afzetten en een zeer dunne, uniforme laag vormen.

Tevens werd aangegeven dat er vervolgens lichtreflectiemetingen zullen worden uitgevoerd en dankzij deze experimentele gegevens, aangevuld met theoretische gegevens, de eigenschappen van de structuren kunnen worden bepaald. Tot slot zullen thermo-elektrische modules worden geprepareerd, die met de ontwikkelde lagen worden bedekt en aan zonnestraling worden blootgesteld om kwalitatief en kwantitatief te bepalen of de ontwikkelde coatings zonnewarmte absorberen en reflecteren.

Het project wordt uitgevoerd door een interdisciplinair consortium: wetenschappers van het Łukasiewicz Instituut voor Micro-elektronica en Fotonica die zich bezighouden met nanomaterialen en thermo-elektriciteit; natuurkundigen van de Faculteit Natuurkunde van de Technische Universiteit Warschau, gespecialiseerd in structuurkarakterisering; insectenzoölogen van het Centrum voor Natuureducatie van de Jagiellonische Universiteit en experts in optische modellering van de Universiteit van Chicago en het Karlsruhe Instituut voor Technologie. (PAP)

acp/ zan/

De PAP Foundation staat het kosteloos overnemen van artikelen van de Nauka w Polsce Service toe, mits u ons maandelijks per e-mail informeert over het gebruik van de dienst en de bron van het artikel vermeldt. In portals en internetdiensten dient u het volgende adres te vermelden: Bron: naukawpolsce.pl, en in tijdschriften de annotatie: Bron: Nauka w Polsce Service - naukawpolsce.pl. Bovenstaande toestemming is niet van toepassing op: informatie uit de categorie "Wereld" en foto- en videomateriaal.