Być może już w niedalekiej przyszłości własne mieszkanie lub własny dom będą znacznie tańsze w eksploatacji. Zespół naukowców z Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, Politechniki Warszawskiej oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego realizuje projekt Biotherm, którego celem jest stworzenie pasywnych materiałów grzewczych i chłodzących. Jak informuje agencja Newseria, inspiracją dla badaczy stały się skrzydła czarnego motyla Troides magellanus, które pochłaniają 98 proc. światła widzialnego. Dr hab. Michał Borysiewicz z Centrum Materiałów Funkcjonalnych Sieci Badawczej Łukasiewicz - IMIF, kierujący projektem, wyjaśnia, że niezwykłe właściwości skrzydeł nie wynikają z pigmentu, lecz z bardzo małych struktur występujących na powierzchni zewnętrznej owadów.
Badacz podkreśla, że prowadząc badania nad powłokami nanostrukturalnymi, zespół zauważył podobieństwo struktur występujących w opracowywanych materiałach do tych obecnych w naturze. Projekt zakłada również analizę bardzo białych motyli, których skrzydła silnie odbijają światło słoneczne. Te naturalne mechanizmy są kluczowe dla regulacji temperatury ciała owadów i mogą zostać wykorzystane w technologii.
W skład konsorcjum wchodzą specjaliści od nanomateriałów, termoelektryki, fizycy, zoolodzy oraz eksperci od modelowania optycznego. Prof. Mariusz Zdrojek z Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej tłumaczy, że opracowywany materiał będzie zaprojektowany tak, aby odbijał światło zamiast je absorbować, dzięki czemu nie będzie się nagrzewał na słońcu. Eksperci z Politechniki Warszawskiej odpowiadają za charakteryzację nowych materiałów poprzez badanie pochłaniania i odbicia światła w szerokim spektrum.
Profesor Zdrojek zaznacza, że zespół będzie mógł bardzo dokładnie opisać parametrami fizycznymi, jak biały jest materiał biały oraz jak czarny jest materiał czarny. Dzięki temu możliwe będzie porównanie materiałów wytworzonych w projekcie z tymi występującymi w naturze, co pozwoli zrozumieć mechanizmy działające w kontekście oddziaływania ze światłem. W ramach projektu zostaną zebrane owady o bardzo czarnych i bardzo białych skrzydłach, a następnie naukowcy opiszą ich zachowania i środowisko. Zespół planuje wytworzyć nowe materiały na drodze magnetronowego rozpylania katodowego, aby uzyskać struktury analogiczne do tych występujących u owadów.
Dr hab. Michał Borysiewicz wyjaśnia, że jeżeli uda się stworzyć powłoki bardzo czarne oraz bardzo białe, będzie możliwe pasywne grzanie poprzez pochłanianie ciepła oraz pasywne chłodzenie poprzez odbijanie ciepła. Takie rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w powłokach stosowanych na budynkach, umożliwiając zarządzanie temperaturą w sposób pasywny. Naukowcy planują opracowanie powłok, które zostaną wykorzystane do budowy modułów termoelektrycznych, a następnie przetestowane w warunkach imitujących działanie słońca.
Badacz dodaje, że zespół chce zbadać, czy pokrycie modułu z jednej strony materiałem absorbującym ciepło, czyli bardzo czarnym, a z drugiej strony bardzo białym, odbijającym ciepło, spowoduje wytworzenie w sposób efektywny energii elektrycznej. Prof. Mariusz Zdrojek podkreśla, że fizycznymi metodami badawczymi udało się już pokazać, że dany materiał bardzo dobrze odbija światło słoneczne w sposób niemalże doskonały, podobnie jak skrzydła motyli. Zastosowanie bioinspirowanych powłok może prowadzić do istotnych oszczędności energii w budynkach, które odpowiadają za około 40 proc. całkowitego zużycia energii w Unii Europejskiej.
Dr hab. Michał Borysiewicz wymienia również inne potencjalne zastosowania, takie jak wykorzystanie materiałów bardzo czarnych w zastosowaniach optycznych, gdzie powinny wyłapywać światło rozproszone, podnosząc wydajność detektorów i obiektywów kamer. Badacz wspomina także o możliwości stosowania w technologii kosmicznej, gdzie materiały czarne pozwolą ogrzewać w naturalny sposób satelity, a materiały białe umożliwią odbijanie światła i chłodzenie przy bezpośrednim wystawieniu na słońce. Materiały białe mogą również przydać się do zwiększania sprawności ogniw słonecznych poprzez odbijanie większej ilości światła z otoczenia i kierowanie go na ogniwa. Całkowity budżet projektu wynosi około 2,2 mln zł i jest finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki w ramach konkursu NCN OPUS.