Un metamateriale microfotonico a base polimerica, che ha la capacità di combattere il caldo e di autopulirsi da solo. Questo succede quando la fantascienza incontra il fabbisogno più pragmatico che esista, soprattutto alle porte con l’estate. Ultima innovazione dal KIT, non solo permette l’ingresso della luce solare, ma mantiene un clima interno più confortevole senza ulteriore consumo di energia. E il tutto autopulendosi come una foglia di loto. In pratica potremmo dire addio alle componenti in vetro nelle pareti e nei tetti in futuro.
Come combattere il caldo con il metamateriale
Pubblicata su Nature Communications, l’ultima ricerca del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) unisce la scienza più astrusa e complessa alle necessità quotidiane e soprattutto stagionali.
Con l’obiettivo di massimizzare l’uso della luce naturale negli edifici, una tendenza diffusa che può ridurre effettivamente i costi energetici, i ricercatori dell’Istituto per la Tecnologia della Microstruttura (IMT) e dell’Istituto per la Tecnologia della Luce (LTI) del KIT hanno sviluppato un metamateriale innovativo a base di polimeri che combina varie proprietà e potrebbe sostituire i componenti in vetro nella costruzione in futuro.
Ma cos’è un metamateriale? Nel campo ottico, è un tipo di materiale artificiale strutturato su una scala di lunghezze d’onda praticamente nanoscopica, che gli conferisce proprietà non facilmente visibili in natura.
Questo metamateriale multifunzionale micro-fotonico a base di polimeri (PMMM) è costituito dappunto a strutture microscopiche a forma piramidale in silicone che misurano circa 10 micrometri, praticamente un decimo del diametro di un capello. Questo design conferisce al metamateriale diverse funzioni:
- maggior diffusione della luce,
- migliore autopulizia,
- raffreddamento radiativo.
Per la cronaca, il raffreddamento radiativo è un tipo di strategia di raffrescamento passivo con cui il calore viene “spedito” nello spazio durante la notte come radiazione infrarossa. Il suo allontanamento permette così di evitare che l’ambiente si surriscaldi, lasciandolo quindi a una temperatura più bassa.
Raffreddamento, Trasparenza e Autopulizia
In laboratorio e in esperimenti all’aperto, i ricercatori hanno testato le proprietà del metamateriale, misurando la trasmittanza della luce, la diffusione della luce, le proprietà riflettenti, la capacità di autopulizia e le prestazioni di raffreddamento utilizzando la spettrofotometria moderna.
I test hanno dimostrato che il materiale garantisce un raffreddamento di 6°C rispetto alla temperatura ambiente, nonché una trasparenza del 95% (in confronto, il vetro tipicamente ha una trasparenza del 91%). Allo stesso tempo, la struttura piramidale permette di diffondere il 73% della luce solare in entrata, risultando in un aspetto sfocato.
Altro aspetto importante della sua struttura piramidale è il fatto di avere proprietà altamente idrofobiche, che a tratti ricordano molto quelli propri della foglia di loto: l’acqua si raccoglie in goccioline e così facendo riesce a rimuovere sporco e polvere dalla superficie. Questa funzione di autopulizia rende il materiale facile da mantenere e durevole.
Il nuovo materiale polimerico sviluppato dai ricercatori del KIT rappresenta un significativo passo avanti nell’architettura sostenibile. Con la sua capacità di combinare diverse funzioni in un unico strato, il PMMM potrebbe rivoluzionare il modo in cui costruiamo e gestiamo gli edifici, offrendo soluzioni che riducono il consumo energetico e migliorano il comfort degli ambienti interni.
Perché questa innovazione non solo consente un utilizzo più efficiente della luce solare ma offre anche soluzioni di raffreddamento passivo che potrebbero ridurre significativamente la necessità di aria condizionata. La combinazione di trasparenza, diffusione della luce e proprietà autopulenti rende questo materiale una soluzione versatile per molteplici applicazioni, dall’edilizia residenziale alle serre agricole.
Per saperne di più su questo studio, consigliamo la lettura integrale del paper pubblicato su Nature Communications.
Gan Huang et al, Radiative cooling and indoor light management enabled by a transparent and self-cleaning polymer-based metamaterial, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48150-2
