Inspiriert von Schmetterlingen: Farbenfrohe Schicht kühlt Fahrzeuge und Gebäude

Die Tatsache, dass helle Farben mehr Licht reflektieren als dunkle, ist im Grunde Allgemeinwissen. Forscher:innen machten sich dies nun zunutze und konstruierten ein neues Material, das von Schmetterlingsflügeln inspiriert ist und in leuchtenden Farben produziert werden kann sowie das Licht zu 100 Prozent reflektiert. Das Material könnte genutzt werden, um Gebäude oder Fahrzeuge zu kühlen.

Kühlendes Material reflektiert kein Licht

Welche Farbe eine Oberfläche hat, hängt davon ab, welche verschiedenen Wellenlängen des Lichts von ihr reflektiert oder absorbiert werden. Die Energie des absorbierten Lichts heizt dabei die Oberfläche auf, weshalb der Innenraum schwarzer Fahrzeuge in der Regel wärmer ist als der von weißen, wenn beide der gleichen Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.

Im Rahmen einer Studie haben Forscher:innen der Shenzhen University sowie der Shanghai Jiao Tong University eine spezielle Schicht entwickelt, die kein Licht absorbiert und trotzdem starke, leuchtende Farben aufweist. Dieses Material könnte dabei helfe, Fahrzeuge und Gebäude kühl zu halten und die Notwendigkeit der Nutzung von Klimaanlagen zu reduzieren.

„In buildings, large amounts of energy are used for cooling and ventilation, and running the air conditioner in electric cars can reduce the driving range by more than half. Our cooling films could help advance energy sustainability and carbon neutrality„, so Gui Ping Wang, ein Hauptautor der Studie.

Spezielle Nanostruktur macht es möglich

Der Schlüssel hinter den Eigenschaften der neu entwickelten Schicht ist ihre Nanostruktur, die von den Flügeln von Schmetterlingen inspiriert wurde. Diese nutzen können einige Farben über eine große Oberfläche verbreiten, sodass diese dann in dieser Farbe erscheint. Die Oberfläche, die das Team entwickelt hat, besteht aus sich abwechselnden Schichten aus Titandioxid und Aluminiumdioxid, die auf einem Spezialglas aufgetragen werden, das das Licht besser verteilt. Als untere Schicht kommt ein Reflektor aus reinem Silber zum Einsatz, der sicherstellt, dass kein Licht absorbiert wird.

Durch kleine Veränderungen an dem Material kann das Team dieses blau, gelb oder farblos erscheinen lassen. Die Forscher:innen testeten das Material auf Gebäudedächern, Fahrzeugen, Kleidung und Smartphones. Im Sommer konnten sie so die Temperatur der Oberfläche um 35 Grad senken.

„Thanks to the layered structure we developed, we were able to extend the passive cooling method from colorless objects to colorful ones while preserving color performance. In other words, our blue film looks blue across a large range of viewing angles and doesn’t heat up because it reflects all the light. In addition, high saturation and brightness can be achieved by optimizing the structure„, erklärt Wang.

Die Forscher:innen arbeiten nun daran, den Silber-Reflektor durch Aluminium ersetzen zu können, das nicht nur besser verfügbar, sondern auch günstiger ist. Außerdem wollen sie das Material widerstandsfähiger gestalten.