Construção de economia de energia inspirada nas asas de uma borboleta negra – um novo projeto de Łukasiewicz

O desenvolvimento de novos materiais passivos de aquecimento e resfriamento que possam reduzir significativamente o consumo de energia na construção civil – este é o objetivo do projeto BIOTHERM, liderado pelo Instituto de Microeletrônica e Fotônica Łukasiewicz. A inspiração para os cientistas são as asas de uma borboleta negra.

Especificamente, trata-se da espécie Troides magellanus. "Suas asas absorvem a luz melhor do que muitos materiais modernos desenvolvidos pelo homem. A natureza nos ultrapassou em milhões de anos – agora estamos tentando acompanhá-la. Essas asas demonstram 98% de absorção da luz visível, o que significa que absorvem quase completamente a radiação que incide sobre elas nessa faixa. Esse alto nível de absorção é resultado da complexa micro e nanoestrutura da superfície, que atua como uma 'armadilha de luz' natural", lê-se em um comunicado à imprensa enviado pelo escritório de promoção do Łukasiewicz – Instituto de Microeletrônica e Fotônica.

Curiosamente, essas borboletas têm cores extremamente pretas e muito claras, quase brancas. "Suas cores incomuns não são resultado de pigmentos, mas de microestruturas – padrões especiais em suas asas. Essas estruturas são responsáveis ​​pela sua capacidade de absorver fortemente (no caso de serem muito pretas) ou refletir fortemente a luz solar (no caso de serem muito brancas), o que é crucial para a regulação eficaz da temperatura corporal desses animais", explicaram os pesquisadores.

E foram essas borboletas que inspiraram a equipe de pesquisadores liderada pelo Dr. Hab. Michał Borysiewicz. A pesquisa será conduzida por, entre outros, especialistas em nanomateriais, termoelétricos, físicos, zoólogos e especialistas em modelagem óptica.

Seu principal objetivo é encontrar relações entre a estrutura e as propriedades térmicas de materiais de película fina, inorgânicos, muito pretos e muito brancos, inspirados na natureza, em relação às suas contrapartes naturais de insetos.

Para os pesquisadores, este será um ponto de partida para o desenvolvimento de revestimentos finos bioinspirados: absorventes de luz (como as asas de borboletas pretas, ideais para aquecimento passivo) e refletores de luz (como as conchas de insetos brancos, auxiliando efetivamente no resfriamento).

Os pesquisadores também querem entender melhor a evolução dos insetos, criando análogos de asas de borboletas em laboratório a partir dos materiais desenvolvidos.

Segundo os cientistas, os revestimentos que estão sendo desenvolvidos podem, no futuro, cobrir elementos de edifícios ou dispositivos e substituir parcialmente sistemas de ar condicionado ou aquecimento com alto consumo de energia – sem a necessidade de fonte de alimentação externa.

Cientistas planejam produzir novos materiais por pulverização catódica por magnetron, a fim de obter estruturas análogas às encontradas em insetos – com as mesmas propriedades ópticas e térmicas. Como os pesquisadores explicaram nas informações, a pulverização catódica por magnetron é uma técnica moderna na qual um gás (por exemplo, argônio) é introduzido no interior de uma câmara especial, e o material do qual se deseja obter o revestimento é colocado na câmara. Como resultado da ação do campo magnético e da voltagem, íons de gás "atingem" esse material, átomos são "expelidos" de sua superfície, os quais são depositados na superfície revestida, criando uma camada muito fina e uniforme.

Foi também indicado que serão realizadas medições de reflexão da luz e, graças a esses dados experimentais, complementados com dados teóricos, será possível determinar as propriedades das estruturas. Por fim, serão preparados módulos termoelétricos, que serão revestidos com as camadas desenvolvidas e expostos à radiação solar, a fim de determinar qualitativa e quantitativamente se os revestimentos desenvolvidos absorvem e refletem o calor solar.

O projeto está sendo realizado por um consórcio interdisciplinar: cientistas que lidam com nanomateriais e termoelétricos do Instituto Łukasiewicz de Microeletrônica e Fotônica; físicos da Faculdade de Física da Universidade de Tecnologia de Varsóvia, especializados em caracterização estrutural; zoólogos de insetos do Centro de Educação Natural da Universidade Jaguelônica e especialistas em modelagem óptica da Universidade de Chicago e do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe. (PAP)

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