Grafen zatrzyma ciepło. Nad nowym zastosowaniem pracuje zespół z Politechniki Warszawskiej

Tlenek grafenu i związki grafenopochodne mogą ochronić nasze pomieszczenia lub pojazdy przed utratą ciepła lub nadmiernym nagrzaniem. Materiały grafenowe będzie można wykorzystać w elewacjach, w oknach i w tkaninach. Nad nowymi kompozytami pracuje zespół Politechniki Warszawskiej.

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.

Materiały grafenowe zatrzymają ciepło?

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 badaczka.

Wysoka skuteczność polskiego rozwiązania

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.

Jej zespół 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: Serwis Nauka w Polsce – www.naukawpolsce.pap.pl