Zespół Politechniki Warszawskiej pracuje nad nowymi materiałami grafenowymi, które zatrzymają ciepło

Promieniowanie podczerwone charakteryzuje się długością fal między 780 nanometrów a 1 milimetr. Wspólnie ze światłem widzialnym i promieniowaniem UV tworzy spektrum promieniowania słonecznego. W nadmiarze ma ono negatywny wpływ na naszą skórę. Odczuwana jako ciepło podczerwień stanowi połowę tego promieniowania, które dociera do powierzchni Ziemi. Dlatego tak ważne jest jej ekranowanie.

– Grafen ekranuje promieniowanie elektromagnetyczne. Jest to szeroko badane pod kątem promieniowania mikrofalowego, a ostatnio też terahercowego, głównie w zastosowaniach militarnych. Pomyśleliśmy, żeby sprawdzić właściwości grafenu dla promieniowania podczerwonego, bo na ten temat wiadomo niewiele – mówi kierująca pracami dr inż. Marta Mazurkiewicz-Pawlicka.

Na razie zespół skupia się na samych materiałach, a nie na konkretnych aplikacjach. Grafen kojarzony jest przede wszystkim z zastosowaniami w elektronice i automatyce. Wykorzystanie go do ekranowania promieniowania nie jest jeszcze tak rozpowszechnione.

– Chcemy, żeby nasze materiały stanowiły barierę zarówno przed wpuszczaniem, jak i wypuszczaniem ciepła – mówi dr inż. Mazurkiewicz-Pawlicka. – Tworzymy je na bazie polimerów, obecnie dwóch rodzajów. Jako napełniacz stosujemy materiały grafenowe z dodatkiem tlenków metali, np. tlenku tytanu. Takie połączenie gwarantuje skuteczne ekranowanie. Materiały grafenowe są dodawane w celu pochłonięcia promieniowania, a tlenki metali mają za zadanie je rozpraszać – wyjaśnia badaczka.

Zastosowanie nowych kompozytów w budynkach czy pojazdach mogłoby być alternatywą dla klimatyzacji. – Jej używanie pochłania bowiem mnóstwo energii. Im bardziej chcemy zmienić temperaturę w stosunku do tej naturalnej dla danego pomieszczenia, tym więcej energii potrzeba. Każde mniej energochłonne wsparcie oznaczałoby oszczędności w budżecie i korzyść dla środowiska – tłumaczy Mazurkiewicz-Pawlicka.

Badaczka przyznaje, że na rynku są już dostępne folie na okna, które chronią przed promieniowaniem. Jednak, jej zdaniem, materiały opracowywane przez naukowców z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej mogą być dla nich konkurencją. – Żeby obniżyć temperaturę o kilka stopni Celsjusza, dodaje się tam około 5 proc. napełniacza. My podobne wyniki uzyskujemy przy dodaniu 0,1 proc. napełniacza, czyli 50 razy mniej – tłumaczy dr Mazurkiewicz-Pawlicka.

Naukowcy przeprowadzili badania krótkoterminowe. W przyszłości zamierzają jeszcze sprawdzić, jak zachowują się polimery w promieniowaniu UV, podwyższonej temperaturze i zmienionej wilgotności. Przetestują dotychczasowe rozwiązania zarówno w różnych warunkach, jak i w dłuższym czasie. Badania takie można przeprowadzić przy użyciu komory klimatycznej, do której na kilka tygodni można wstawić próbkę materiału i ją obserwować.

– Żeby wykorzystać nasze materiały w folii na okna, musimy popracować nad barwą, bo obecna, w odcieniach szarości, ogranicza widzialność. Chcemy też znaleźć nowe polimery, które mogłyby zostać użyte jako osnowa w naszych materiałach – mówi dr Mazurkiewicz-Pawlicka.

Zespół badaczki tworzyli: dr hab. Leszek Stobiński, dr Artur Małolepszy oraz grupa studentów wykonujących w ramach projektu prace inżynierskie i magisterskie. Członkowie Koła Naukowego Inżynierii Chemicznej i Procesowej wykonali natomiast urządzenie, które mierzy efektywność folii. Składa się ono z lampy emitującej promieniowanie podczerwone i czujnika mierzącego, o ile stopni udało się obniżyć temperaturę.

W ramach projektu IR-GRAPH naukowcy z PW ściśle współpracowali z Tatung University na Tajwanie. Pomiary spektrometryczne wykonali prof. Dariusz Wasik i dr hab. Andrzej Witowski z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Projekt był finansowany z funduszy Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, w ramach III konkursu polsko-tajwańskiego.

Źródło: PAP – Nauka w Polsce