Энергосберегающая конструкция, вдохновленная крыльями черной бабочки – новый проект Лукасевича

Разработка новых пассивных материалов для отопления и охлаждения, которые могут значительно снизить потребление энергии в строительстве – такова цель проекта BIOTHERM, возглавляемого Лукасевичем – Институтом микроэлектроники и фотоники. Источником вдохновения для ученых стали крылья черной бабочки.

В частности, речь идет о виде Troides magellanus. «Его крылья поглощают свет лучше, чем многие современные материалы, разработанные человеком. Природа опередила нас на миллионы лет — теперь мы пытаемся не отставать. Эти крылья демонстрируют 98% поглощения видимого света, то есть они практически полностью поглощают падающее на них излучение в этом диапазоне. Такой высокий уровень поглощения является результатом сложной микро- и наноструктуры поверхности, которая действует как естественная «световая ловушка»», — говорится в пресс-релизе, распространенном офисом по продвижению Института микроэлектроники и фотоники имени Лукасевича.

Интересно, что эти бабочки имеют чрезвычайно черный и очень светлый, почти белый цвет. «Их необычные цвета являются результатом не пигмента, а микроструктур — особых узоров на их крыльях. Эти структуры отвечают за их способность сильно поглощать (в случае очень черного) или сильно отражать солнечный свет (в случае очень белого), что имеет решающее значение для эффективной регуляции температуры тела этих животных», — пояснили исследователи.

И именно эти бабочки вдохновили команду исследователей во главе с доктором наук Михалом Борисевичем. Исследования будут проводиться, в частности, специалистами по наноматериалам, термоэлектрикам, физиками, зоологами и экспертами по оптическому моделированию.

Их главная цель — найти взаимосвязи между структурой и тепловыми свойствами природных неорганических, очень черных и очень белых тонкопленочных материалов по сравнению с их аналогами из числа насекомых.

Для исследователей это станет отправной точкой для разработки тонкопленочных биоинспирированных покрытий: поглощающих свет (как крылья черных бабочек, идеальных для пассивного обогрева) и отражающих свет (как панцири белых насекомых, эффективно способствующих охлаждению).

Исследователи также хотят лучше понять эволюцию насекомых, изготовив в лабораторных условиях аналоги крыльев бабочек из разработанных материалов.

По словам ученых, разрабатываемые покрытия в будущем смогут покрывать элементы зданий или устройств и частично заменять системы кондиционирования или отопления с высоким потреблением энергии — без необходимости внешнего электропитания.

Ученые планируют производить новые материалы методом магнетронного распыления, чтобы получать структуры, аналогичные тем, что встречаются у насекомых, — с такими же оптическими и термическими свойствами. Как пояснили исследователи в информации, магнетронное распыление — это современная технология, при которой во внутреннюю часть специальной камеры вводится газ (например, аргон), а в камеру помещается материал, из которого мы хотим получить покрытие. В результате воздействия магнитного поля и напряжения ионы газа «ударяются» в этот материал, с его поверхности «выбиваются» атомы, которые осаждаются на покрытой поверхности, создавая очень тонкий, равномерный слой.

Также было указано, что затем будут проведены измерения отражения света и благодаря этим экспериментальным данным, дополненным теоретическими данными, можно будет определить свойства структур. Наконец, будут изготовлены термоэлектрические модули, которые будут покрыты разработанными слоями и подвергнуты воздействию солнечного излучения, чтобы качественно и количественно определить, поглощают и отражают ли разработанные покрытия солнечное тепло.

Проект реализуется междисциплинарным консорциумом: ученые, занимающиеся наноматериалами и термоэлектрикой из Института микроэлектроники и фотоники им. Лукасевича; физики с физического факультета Варшавского политехнического университета, специализирующиеся на характеристике структур; специалисты по зоологии насекомых из Центра естественного образования Ягеллонского университета и специалисты по оптическому моделированию из Чикагского университета и Технологического института Карлсруэ. (PAP)

асп/зан/

Фонд PAP разрешает бесплатную перепечатку статей из Nauka w Polsce Service при условии, что вы будете информировать нас по электронной почте один раз в месяц об использовании сервиса и указывать источник статьи. На порталах и в интернет-сервисах, пожалуйста, укажите адрес ссылки: Источник: naukawpolsce.pl, а в журналах аннотацию: Источник: Nauka w Polsce Service - naukawpolsce.pl. Вышеуказанное разрешение не распространяется на: информацию из категории "Мир" и любые фото- и видеоматериалы.