Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Inspirowany chrząszczem materiał odbija 95% światła

Recommended Posts

Chińsko-szwedzko-amerykański zespół naukowy opracował nowy materiał chłodzący zainspirowany przez chrząszcza żyjącego na zboczu wulkanów. Materiał odbija 95% promieniowania słonecznego i pozwala na obniżenie temperatury chłodzonego obiektu o około 5 stopni Celsjusza. Jego twórcy mówią, że może on posłużyć zarówno do chłodzenia budynków, jak i elektroniki.

Azjatycki Neocerambyx gigas to złoty chrząszcz z rodziny kózkowatych. Często żyje on na zboczach aktywnych wulkanów, szczególnie na Jawie i Sumatrze. Tam, gdzie występuje temperatury powietrza często sięgają 40 stopni Celsjusza, a temperatura podłoża, po którym chrząszcz się porusza, może przekraczać 70 stopni. Gdy robi się naprawdę gorąco Neocerambyx gigas przestaje się poruszać, by pozbyć się nadmiaru ciepła i zmniejszyć jego absorpcję.

Wytrzymałość na wysokie temperatury oraz wyjątkowy wygląd były tym, co przyciągnęło uwagę Han Zhou z Uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju. Wraz z kolegami z University of Texas oraz szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technologicznego, postanowili odkryć tajemnice chrząszcza.

Zmierzyliśmy temperaturę zwierzęcia przy lekkim nasłonecznieniu i odkryliśmy, że potrafi on obniżyć temperaturę powierzchni ciała o 1,5 stopnia w zwykłych warunkach o i około 3 stopnie w próżni. Mierzyliśmy też właściwości optyczne jego oskórka chitynowego. Okazało się, że charakteryzuje się on wysoką wysokim współczynnikiem odbicia światła w zakresie widzialnym i podczerwonym, mówi Zhou. Gdy naukowcy przyjrzeli się pod mikroskopem elektronowym pokrywom zwierzęcia, czyli pierwszej stwardniałej parze skrzydeł chroniących właściwe błoniaste skrzydła, okazało się, że są one zbudowane z mikroskopijnych kłaczków o trójkątnym przekroju. Na 1 cm2 znajduje się około 25 000 tych przypominających włoski struktur.

Te kłaczki w formie ostrosłupa mają dwie gładkie ściany, a trzecia jest pomarszczona. Marszczenia mają około 1 mikrometra szerokości i 0,18 mikrometra wysokości. Naukowcy postanowili sprawdzić, jak marszczenia te wchodzą w interakcje ze światłem. Okazało się, że rozpraszają one światło niezależnie od kąta jego padania. Co więcej, zmieniają też kąt odbitego światła tak, że zwiększa to szanse na pojawienie się całkowitego wewnętrznego odbicia wewnątrz marszczeń. Z kolei światło, które dotrze do gładkich stron kłaczków trafia później do strony pomarszczonej i tam również dochodzi do całkowitego wewnętrznego odbicia.
Wykorzystaliśmy te informacje do stworzenia biomateriału inspirowanego chrząszczem, mówi Zhou. W uzyskanym polimerze zastosowano sfery z tlenku aluminium, które działały jak kłaczki na pokrywach chrząszcza.

Eksperymenty wykazały, że struktura piramid (ostrosłupów) na powierzchni charakteryzuje się największym współczynnikiem odbicia, większym niż stożki i graniastosłupy. Stworzony przez naukowców materiał miał 500 mikrometrów grubości, znajdowały się w nim przypadkowo rozmieszczone 2-mikrometrowe  cząstki tlenku aluminium, a całość była pokryta piramidami o szerokości 8 i wysokości 5,7 mikrometra. Współczynnik odbicia takiego materiału wynosił około 95%. Naukowcy wykorzystali swój materiał do wyprodukowania obudowy na smartfona i stwierdzili, że temperatura urządzenia była o 4,5 stopnia niższa niż analogicznego smartfona w standardowej obudowie. Gdy z słoneczny dzień położyli swój materiał na masce samochodu zauważyli, że jest ona chłodniejsza średnio o 4 stopnie Celsjusza, a maksymalnie o 7 stopni Celsjusza od maski przykrytej kawałkiem białego papieru.

Teraz naukowcy chcą opracować techniki produkowania swojego materiału na masową skalę. Będą też chcieli domieszkować go innymi materiałami, by nadać mu nowe właściwości, jak np. przewodnictwo elektryczne.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

×
×
  • Create New...