Neue farbige Folien können Autos und Gebäude deutlich kühlen

Neue Nanofilme könnten den Energiebedarf für die Kühlung von Gebäuden oder Fahrzeugen deutlich reduzieren.

So wie sich weiße Kleidung kühler anfühlt als andere Farben, weil sie die Sonne reflektiert, anstatt sie zu absorbieren, erwärmen sich andere Farben wie Blau oder Schwarz, wenn sie Licht absorbieren. Aber neue farbige Kühlfilme, die von den Nanostrukturen in Schmetterlingsflügeln inspiriert sind, können einen Großteil des Heizeffekts eliminieren und dennoch lebendige Farben hinzufügen.

Die neuen Folien, die kein Licht absorbieren, könnten an der Außenseite von Gebäuden, Fahrzeugen und Geräten eingesetzt werden, um den Energiebedarf für die Kühlung zu reduzieren.

„In Gebäuden werden große Energiemengen für Kühlung und Belüftung verbraucht, und der Betrieb der Klimaanlage in Elektroautos kann die Reichweite um mehr als die Hälfte reduzieren“, sagte Forschungsteamleiter Guo Ping Wang von der Universität Shenzhen in China. „Unsere Kühlfolien könnten dazu beitragen, die Energienachhaltigkeit und CO2-Neutralität voranzutreiben.“

In einem in der Fachzeitschrift Optica veröffentlichten Artikel wird detailliert beschrieben, dass die Folien die Temperaturen auf etwa 2 °C unter die Umgebungsluft senken. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die blaue Version der Folien etwa 26 °C kühler war als herkömmlicher blauer Autolack, wenn sie den ganzen Tag draußen gelassen wurde.

Wenn die Folien auf Gebäuden verwendet werden, würde dies eine enorme Energieeinsparung durch den geringeren Einsatz von Klimaanlagen bedeuten.

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„Mit unseren neuen Folien lässt sich eine hervorragende Kühlleistung erzielen, unabhängig von der gewünschten Farbe, Sättigung oder Helligkeit“, sagte Wang. „Sie könnten sogar auf Textilien verwendet werden, um Kleidung in jeder Farbe herzustellen, die bei heißen Temperaturen angenehm zu tragen ist.“

Ein Auto mit blauem Lack erscheint blau, weil es Licht absorbiert, das das Auto erwärmt. Morpho-Schmetterlinge hingegen erzeugen ihre stark gesättigte blaue Farbe aufgrund der Nanostruktur ihrer Flügel. Das Design des kühlenden Nanofilms ahmt diese Strukturen nach und erzeugt lebendige Farben, die kein Licht absorbieren wie herkömmliche Farben.

Um ihre von Morpho inspirierten Nanofilme zu erzeugen, platzierten die Forscher ein ungeordnetes Material (raues Milchglas) unter einem mehrschichtigen Material aus Titandioxid und Aluminiumdioxid. Anschließend platzierten sie diese Struktur auf einer Silberschicht, die alles Licht reflektiert und so die Absorption der Sonnenstrahlung und die damit verbundene Erwärmung verhindert.

Die Farbe des Films wird dadurch bestimmt, wie Komponenten innerhalb seiner mehrschichtigen Struktur Licht reflektieren. Um beispielsweise Blau zu erzeugen, ist das mehrschichtige Material so konzipiert, dass es gelbes Licht in einem sehr engen Winkelbereich reflektiert, während die ungeordnete Struktur das blaue Licht über einen weiten Bereich streut.

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Obwohl diese Art des passiven photonischen Wärmemanagements schon früher durchgeführt wurde, wurde sie nur bei weißen oder klaren Objekten verwendet, da es schwierig ist, einen weiten Betrachtungswinkel und eine hohe Farbsättigung aufrechtzuerhalten.

„Dank der von uns entwickelten Schichtstruktur können durch Optimierung der Struktur eine hohe Sättigung und Helligkeit erreicht werden“, sagte Wang.

Um die neue Technologie zu testen, erstellten die Forscher blaue, gelbe und farblose Filme, die sie im Freien an der Universität Shenzhen auf Dächern, Autos, Stoffen und Mobiltelefonen platzierten. Mithilfe von Thermoelementsensoren und Infrarotkameras zur Temperaturmessung stellten sie fest, dass die Kühlfolien im Winter mehr als etwa 15 °C (27 °F) kühler waren als die Oberflächen, auf denen sie platziert wurden, und im Winter etwa 35 °C (63 °F) kühler Sommer.

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Die Forscher weisen darauf hin, dass der Ersatz der Silberfolie durch eine Aluminiumfolie die Folien kostengünstiger und durch eine skalierbare Fertigungsmethode herstellbar machen würde. Nachdem sie nun die Kühl- und Farbleistung der Filme nachgewiesen haben, planen die Forscher, weitere Eigenschaften wie mechanische und chemische Robustheit zu untersuchen und zu optimieren.

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