Besser als Glas: Passive Kühlung und mehr Licht durch neue Erfindung!

Summary

Das Karlsruher Institut für Technologie hat ein bahnbrechendes Material namens pmmm entwickelt, das Glasfassaden und -dächer revolutionieren könnte. Dieses polymärbasiertes mikrofotonisches multifunktionales metamaterial ist lichtdurchlässiger als Glas, bietet Milchglas-Privatsphäre, selbstreinigende Eigenschaften und kühlt Innenräume. Besonders bemerkenswert ist seine Fähigkeit, Wärme durch strahlungskühlung ins Weltall abzugeben, was die Mikroklima-Beeinflussung von Gebäuden reduzieren und Energie sparen könnte. Die Folie aus Mikropyramiden ist bereits erfolgreich im Labor und im Freien getestet worden und bietet vielversprechende Lösungen für nachhaltigere Bauweisen.

Takeaways

• 🌟 Das von der Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte Material PMMM könnte Glasfassaden und -dächer revolutionieren.
• 🔬 PMMM ist ein polymärbasiertes mikrofotonisches multifunktionales Metamaterial, das Lichtdurchlässigkeit, Privatsphäre, Selbstreinigung und strahlungskühlung bietet.
• 🌡️ Durch die Eigenschaft der strahlungskühlung kann PMMM Wärme im Infrarotbereich direkt ins Weltall abgeben, anstatt die Umgebung zu erwärmen.
• 🏢 Die Verwendung von PMMM könnte dazu beitragen, das Mikroklima in Innenstädten angenehmer zu gestalten und Energie zu sparen.
• 💡 PMMM ist lichtdurchlässiger als Glas und bietet eine ähnliche Privatsphäre wie Milchglas, während es sich selbst reinigen kann.
• 🛠️ Die Herstellung von PMMM beinhaltet die Anwendung von Mikropyramidenstrukturen, die Lichtstreuung und -durchlässigkeit erhöhen.
• 🌿 Die Selbstreinigungseigenschaft von PMMM ist von Lotusblättern inspiriert, die eine superhydrophobe Oberfläche erzeugen, die Staub und Verunreinigungen entfernen kann.
• 📈 Die Tests des KIT haben gezeigt, dass PMMM nach einem Monat nur 3% an Durchlässigkeit verloren hat und der Emissionsgrad um 1% gesunken ist, was auf eine gute Langzeitstabilität hindeutet.
• 🌞 Es gibt jedoch Bedenken, dass die Folie das Glas milchig macht, was die Sichtbarkeit beeinträchtigen könnte, was für bestimmte Anwendungen möglicherweise nicht wünschenswert ist.
• 🌡️ Die Atmosphärischen Fenster im Infrarotbereich, die für die strahlungskühlung von Bedeutung sind, werden durch Treibhausgase eingeschränkt, was die Abgabe von Wärmestrahlung erschwert.
• 🔑 Ein weiterer Vorteil von PMMM ist die Verbesserung der Lichtverhältnisse in Räumen, da die diffuse Transmission das Licht gleichmäßiger verteilt und so das Raumklima und die Photosynthese von Pflanzen fördert.

Q & A

Was ist das PMMM-Material und was macht es so besonders?

PMMM steht für polymärbasiertes mikrofotonisches multifunktionales metamaterial und ist ein künstlich hergestellter Werkstoff mit besonderen Eigenschaften wie hoher Transparenz, Lichtstreuung, Selbstreinigung und strahlungskühlung. Es ist lichtdurchlässiger als Glas, bietet so viel Privatsphäre wie Milchglas und kann sich selbst reinigen. Zudem kann es die Hitze direkt ins Weltall abgeben, was es für innovative Bauweisen interessant macht.

Wie funktioniert die strahlungskühlung des PMMM-Materials?

Die strahlungskühlung nutzt das Konzept, Abwärme von Objekten auf der Erde in das Universum zu übertragen. Durch die passive strahlungskühlung wird Wärme im Infrarotbereich über das sogenannte atmosphärische Fenster im mittleren Infrarotbereich (8-13 Mikrometern) effektiv in das Weltall abgegeben.

Welche Rolle spielen Mikropyramiden im PMMM-Material?

Die Mikropyramiden sind eine wesentliche Struktur des PMMM-Materials. Sie sind etwa 10 Mikrometer breit und sorgen für die Lichtstreuung, die Selbstreinigung und die erhöhte Transparenz. Sie reflektieren und leiten das Licht so, dass es tiefer in die Folie eindringt, was zur verbesserten Lichtdurchlässigkeit beiträgt.

Wie wird die PMMM-Folie hergestellt?

Die Herstellung der PMMM-Folie erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird ein Siliziumwafer mit einer dünnen Schicht Silikon bedeckt und mit einem Muster aus umgekehrten Mikropyramiden versehen, das durch Fotolitografie und Ätzprozesse integriert wird. Anschließend wird eine Lösung aus Polydimethylsiloxan und Härtungsmittel auf die Form gegossen, die danach ausgehärtet und aus der Form gelöst wird, um die flexible und elastische PMMM-Folie zu erhalten.

Welche optischen Eigenschaften hat die PMMM-Folie im Vergleich zu Glas?

Die PMMM-Folie hat eine globale Transmission von 95% im Vergleich zu 91% des Glases, was bedeutet, dass sie mehr Licht durchlässt. Bei der diffusen Transmission streut die Folie 73% des einfallenden Sonnenlichts, was zu weniger Blendung und einem besseren Raumklima führt.

Wie beeinflusst die PMMM-Folie die Innentemperatur von Gebäuden?

Da die PMMM-Folie die Wärme im Infrarotbereich effektiv in das Weltall abgeben kann, verringert sie die Innentemperatur von Gebäuden. Dies führt zu einem reduzierten Energieverbrauch für Klimaanlagen und trägt zur Energieeffizienz bei.

Welche Rolle spielen Lotusblätter bei der Selbstreinigungseigenschaft der PMMM-Folie?

Die Selbstreinigungseigenschaft der PMMM-Folie ist von den Lotusblättern inspiriert, die eine superhydrophobe Oberfläche erzeugen. Diese Oberfläche, die aus Stacheln oder kleinen Kegeln besteht, verhindert, dass Wasser flächenhaft auf der Folie verteilt wird, sondern bildet Tropfen, die Staub und Verunreinigungen aufnehmen und so die Oberfläche reinigen.

Wie hoch ist der Emissionsgrad der PMMM-Folie im Bereich von 8 bis 13 Mikrometern?

Die PMMM-Folie erreicht im Bereich von 8 bis 13 Mikrometern einen Emissionsgrad von 0,98, was fast dem eines schwarzen Körpers entspricht und zeigt, dass sie Wärmestrahlung in diesem Bereich sehr effektiv in das Weltall abgeben kann.

Welche Einschränkungen oder Herausforderungen könnte die PMMM-Folie haben?

Einige Einschränkungen der PMMM-Folie könnten die im Winter durchgeführten Tests sein, die möglicherweise nicht die gleichen Ergebnisse wie im Sommer liefern würden, da UV-Strahlung die Polymere zersetzen kann. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Folie das Glas milchig macht, was die Sichtbarkeit reduzieren könnte, was in bestimmten Anwendungen vielleicht nicht erwünscht ist.

Was sind die möglichen Anwendungsbereiche für die PMMM-Folie?

Die PMMM-Folie könnte für Glasfassaden und Dächer in Gebäuden verwendet werden, um Lichteinstrahlung zu optimieren, die Innentemperatur zu regulieren und die Energieeffizienz zu erhöhen. Sie könnte auch für indirekte Beleuchtung in Räumen oder für Dachfenster eingesetzt werden, wo die Lichtstreuung und die Wärmeabfuhr wichtig sind.

Was ist das atmosphärische Fenster und warum ist es wichtig für die strahlungskühlung?

Das atmosphärische Fenster ist ein Bereich im elektromagnetischen Spektrum, in dem die Atmosphäre Strahlung nur schwach absorbiert. Es ist wichtig für die strahlungskühlung, weil es erlaubt, Wärmestrahlung im Infrarotbereich effektiv von der Erde ins Weltall zu leiten.