Inovativni prozirni materijal za održivu gradnju

Istraživači s njemačkog Tehnološkog instituta Karlsruhe (KIT) predstavljaju materijal na bazi polimera s jedinstvenim svojstvima. Ovaj materijal propušta sunčevu svjetlost, održava udobniju unutarnju klimu bez dodatne energije i sam se čisti te bi u budućnosti mogao zamijeniti staklene komponente u zidovima i krovovima.

Povećanje prirodnog svjetla u zgradama je popularno i može dovesti do ušteda na troškovima energije. Međutim, tradicionalni stakleni krovovi i zidovi također donose probleme poput odsjaja, nedostatka privatnosti uslijed prozirnosti i pregrijavanja.

Istraživači na Institutu za tehnologiju mikrostrukture (IMT) i Institutu za tehnologiju svjetla (LTI) na KIT-u sada su razvili novi metamaterijal na bazi polimera koji kombinira različita svojstva i mogao bi zamijeniti staklene komponente u građevinarstvu u budućnosti.

Ovaj mikrofotonski multifunkcionalni metamaterijal (PMMM) na bazi polimera sastoji se od mikroskopskih piramida napravljenih od silikona. Te mikropiramide mjere oko deset mikrometara, što je otprilike jedna desetina promjera vlasi.

Ovaj dizajn daje PMMM filmu nekoliko funkcija: difuziju svjetlosti, samočišćenje i hlađenje zračenjem uz održavanje visoke razine prozirnosti.

"Ključna značajka je sposobnost učinkovitog zračenja topline kroz dugovalni infracrveni prijenosni prozor Zemljine atmosfere, oslobađajući toplinu u hladno prostranstvo svemira. To omogućuje pasivno zračenje hlađenja bez potrošnje električne energije", objašnjava Bryce S. Richards, profesor na IMT i LTI.

U laboratoriju i u eksperimentima pod otvorenim nebom u stvarnim vanjskim uvjetima, istraživači su testirali svojstva materijala i mjerili njegovu propusnost i raspršenje svjetlosti, svojstva refleksije, sposobnost samočišćenja i performanse hlađenja koristeći modernu spektrofotometriju.

Testovi su postigli hlađenje od 6 °C u usporedbi s temperaturom okoline. Uz to, materijal je pokazao visoku spektralnu propusnost ili transparentnost od 95 posto. Za usporedbu, staklo obično ima prozirnost od 91 posto. U isto vrijeme, mikropiramidalna struktura raspršuje 73 posto sunčeve svjetlosti, što rezultira mutnim izgledom. Kada se materijal koristi za krovove i zidove, omogućuje svijetle, ali zaštićene privatne prostore za rad i život. 

"U staklenicima bi visoka propusnost svjetlosti mogla povećati prinose jer se učinkovitost fotosinteze procjenjuje na devet posto više nego u staklenicima sa staklenim krovovima," kaže Gan Huang, voditelj grupe u IMT-u.

Mikropiramide također daju PMMM filmu superhidrofobna svojstva, slična lotosovom listu. Voda kaplje u kapljicama i uklanja prljavštinu i prašinu s površine. Ova funkcija samočišćenja čini materijal lakim za održavanje i izdržljivim.

"Naš novorazvijeni materijal ima potencijal za upotrebu u raznim područjima i daje značajan doprinos održivoj i energetski učinkovitoj arhitekturi", objašnjava Richards.

"Materijal može istovremeno optimizirati korištenje sunčeve svjetlosti u zatvorenom prostoru, osigurati pasivno hlađenje i smanjiti ovisnost o klimatizaciji. Rješenje je skalabilno i može se neprimjetno integrirati u planove za ekološki prihvatljivu gradnju zgrada i urbani razvoj." kaže Huang.

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature možete pronaći na ovoj poveznici.