Projekt Biotherm dla budownictwa

inf. pras. / red.

Specjaliści od nanomateriałów, termoelektryki, fizycy, zoolodzy i eksperci od modelowania optycznego połączyli właśnie siły, by opracować nowe, pasywne materiały grzewcze i chłodzące, które mogą znacząco zmniejszyć zużycie energii w budownictwie. Pracami zespołu kieruje dr hab. Michał Borysiewicz z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki.

Powłoka nano - fot. Instytut Łukasiewicza

Fot. Łukasiewicz – IMIF

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.

Głównym celem projektu 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. Dla badaczy będzie to punkt wyjścia do opracowania cienkowarstwowych, bioinspirowanych powłok: pochłaniających światło – jak skrzydła czarnych motyli, idealne do pasywnego ogrzewania oraz odbijających światło – jak pancerze białych owadów, skutecznie wspomagające chłodzenie.

Badacze chcą też 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.

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.

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 zostaną przygotowane 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.

Projekt realizowany jest przez interdyscyplinarne konsorcjum, które łączy ekspertów z różnych dziedzin, naukowców m. in. z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, Centrum Edukacji Przyrodniczej Uniwersytetu Jagiellońskiego, oraz Uniwersytetu w Chicago i Karlsruhe Institute of Technology.

To nie tylko przykład wzorowej współpracy naukowej, ale też dowód na to, że prawdziwe innowacje powstają na styku różnych dziedzin. Całością kieruje dr hab. Michał Borysiewicz z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, a wśród jego realizatorów po stronie Łukasiewicz – IMiF znalazła się również młoda naukowczyni Patrycja Barańczyk.

– Udało mi się zaprosić do współpracy naprawdę interdyscyplinarny zespół wysokiej klasy specjalistów. Myślę, że razem zrobimy coś fantastycznego – ciekawego naukowo, a jednocześnie bardzo bliskiego praktycznemu zastosowaniu. Mamy świetnych zoologów owadów z UJ pod kierownictwem prof. Tomasza Pyrcza, 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. Bardzo się cieszę z tego, że otrzymałem już drugi grant Opus z Narodowego Centrum Nauki, dzięki dofinansowaniu możemy realizować tak fascynujące i potrzebne badania. – mówi dr hab. Michał Borysiewicz, kierownik projektu z Łukasiewicz – Instytutu Mikroelektroniki i Fotoniki, wskazując na kluczową rolę interdyscyplinarnej współpracy i zaangażowania badaczy w powodzenie przedsięwzięcia.

 

 

 

X
Przejdź do treści

Jeśli chcesz kontynuować oglądanie tej strony musisz zaakceptować użycie plików cookie. Więcej informacji

UWAGA: W portalu stosowane są pliki cookie.
Korzystanie z portalu bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Twoim urządzeniu (komputerze, telefonie), na co wyrażasz zgodę. W każdym czasie możesz dokonać zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów znajdziesz na stronie Informacje o plikach cookies oraz Polityka prywatności.

Komunikat nawiązujący do nowelizacji Ustawy Prawo Telekomunikacyjne wchodzącej w życie dnia 22 marca 2013 roku.

Zamknij