A Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) kutatói olyan polimer alapú anyagot fejlesztettek ki, amely átengedi a napfényt, kellemes beltéri klímát biztosít és öntisztuló. Az anyag kiválthatná a hagyományos üvegeket a falakban és a tetőkben, hozzájárulva az energiahatékonyabb építészethez. A kutatócsoport sikeresen kipróbálta az anyagot a KIT campusán végzett kültéri teszteken.
A természetes fény maximalizálása az épületekben népszerű és energiaköltségeket takarít meg. A hagyományos üvegtetők és falak azonban olyan problémákkal is járnak, mint a káprázás, a magánélet hiánya és a túlmelegedés. Az olyan alternatív megoldások, mint a bevonatok és a fényeloszlató anyagok még nem kínálnak átfogó megoldást. A KIT Mikroszerkezet-technológiai Intézetének (IMT) és a Fénytechnológiai Intézetnek (LTI) kutatói most egy újfajta polimer alapú metaanyagot fejlesztettek ki, amely különböző tulajdonságokat egyesít, és a jövőben kiválthatja az épületek üvegelemeit.
Az ún. polimeralapú mikro-fotonikus multifunkcionális metaanyag (PMMM) mikroszkopikusan kicsi szilikonpiramisokból áll. Ezek a mikropiramisok körülbelül tíz mikrométeresek, ami egy hajszál átmérőjének körülbelül tizedének felel meg. Ez a szerkezet a PMMM filmnek több funkciót is betölt: fényszórást, öntisztítást és sugárzó hűtést, miközben nagyfokú átlátszóságot biztosít. „Az egyik legfontosabb tulajdonsága az a képesség, hogy hatékonyan sugározza át a hőt a Föld légkörének hosszúhullámú infravörös sugárzási ablakán, és ezáltal hőt bocsát ki a világegyetem hideg tágasságába. Ez lehetővé teszi a passzív sugárzó hűtést energiafogyasztás nélkül” – magyarázza Bryce S. Richards, az IMT és az LTI professzora.
Hűsítő, áttetsző és vakításmentes
A kutatók az anyag tulajdonságait laboratóriumban és a szabadban, valós kültéri körülmények között végzett kísérletekkel tesztelték, és modern spektrofotometriával mérték a fényáteresztést, a fényszórást, a visszaverődési tulajdonságokat, az öntisztító képességet és a hűtési teljesítményt. Az eredmény: a tesztek során a környezeti hőmérséklethez képest 6 Celsius-fokos hűtési hatást értek el. Ezen kívül magas spektrális áteresztőképességet, azaz 95%-os átlátszóságot értek el. Összehasonlításképpen: az üveg általában 91%-os átlátszósággal rendelkezik. Ugyanakkor a beeső napfény 73%-át szórja szét a mikro-piramis szerkezet. Ez homályos megjelenést eredményez.
„Ha az anyagot tetőkben és falakban használják, világos, ugyanakkor vakításmentes és védett belső tereket tesz lehetővé a munkavégzéshez és a lakhatáshoz. Az üvegházakban a nagy fényáteresztő képesség növelheti a terméshozamot, mivel a fotoszintézis hatékonysága a becslések szerint 19%-kal magasabb, mint az üvegtetővel rendelkező üvegházakban” – mondja dr. Gan Huang, az IMT csoportvezetője. A mikropiramisok szuperhidrofób tulajdonságokkal is ellátják a PMMM-fóliát, hasonlóan a lótuszlevélhez: a víz cseppek formájában lepereg róla, eltávolítva a szennyeződéseket és a port a felületről. Ez az öntisztító funkció teszi az anyagot könnyen tisztíthatóvá és tartóssá.
Építési és városfejlesztési potenciál
„Újonnan kifejlesztett anyagunk számos területen felhasználható, és jelentősen hozzájárul a fenntartható és energiahatékony építészethez” – magyarázza Richards. „Az anyag egyszerre képes optimalizálni a napfény beltéri felhasználását, passzív hűtést biztosítani és csökkenteni a légkondicionálásra való utaltságot. A megoldás méretezhető és zökkenőmentesen integrálható a környezetbarát házépítési és városfejlesztési tervekbe” – mondja Huang. A karlsruhei kutatócsoport tavaly már elnyerte munkájával a Helmholtz Best Scientific Image verseny közönségdíjának első helyét.
Kép: KIT/Gan Huang
