Γνωρίζετε αυτή τη δυσφορία όταν ντύνεστε ζεστά για μια χιονισμένη μέρα, μόνο και μόνο για να τα βγάλετε όλα μόλις μπείτε σε ένα θερμαινόμενο γραφείο; Λοιπόν, οι πιγκουίνοι δεν το αντιμετωπίζουν αυτό. Είτε πρόκειται για καύσωνα είτε για πολικό ψύχος, εκείνοι απλώς προσαρμόζονται. Εμπνευσμένοι από αυτούς τους «αδέξιους» δεξιοτέχνες της θερμικής διαχείρισης, επιστήμονες δημιούργησαν ένα υλικό που μπορεί να εναλλάσσεται παθητικά μεταξύ λειτουργιών θέρμανσης και ψύξης.
Ορισμένα υλικά είναι σχεδιασμένα για να απορροφούν τη θερμότητα και άλλα για να την απωθούν. Παράλληλα, οι σύγχρονες τεχνολογίες απαιτούν εξειδικευμένες επιφάνειες για την προστασία από τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Ωστόσο, η ταυτόχρονη διαχείριση της θερμοκρασίας και των μικροκυμάτων αποτελούσε μέχρι σήμερα μια σημαντική πρόκληση, καθώς οι ιδιότητες που προσφέρουν ψύξη συνήθως συγκρούονται με εκείνες που παρέχουν ηλεκτρομαγνητική θωράκιση.
Τη λύση στο πρόβλημα αυτό έρχεται να δώσει μια νέα βιομιμητική καινοτομία που εμπνέεται από τον τρόπο που οι πιγκουίνοι διαχειρίζονται το θερμικό τους περιβάλλον. Ερευνητές από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Χαρμπίν, το Κανονικό Πανεπιστήμιο της Χενάν και το Εργαστήριο του Σουτσόου ανέπτυξαν μια πολυλειτουργική μεμβράνη διπλής όψεως, γνωστή ως μεμβράνη Ιανός, η οποία μπορεί να εναλλάσσεται παθητικά μεταξύ λειτουργιών θέρμανσης και ψύξης, μεταβάλλοντας ταυτόχρονα τον τρόπο που αλληλεπιδρά με τα μικροκύματα, χωρίς τη χρήση ηλεκτρονικών ή μηχανικών μερών.
Η μία πλευρά της μεμβράνης λειτουργεί ως ηλιακός συλλέκτης, απορροφώντας το 94,5% της ηλιακής ενέργειας για να θερμανθεί. Στην καρδιά της βρίσκεται το διοξείδιο του βαναδίου ((VO₂), ένα υλικό που σε θερμοκρασία άνω των 68 βαθμών Κελσίου μεταβαίνει από μονωτική σε αγώγιμη κατάσταση, αυξάνοντας την αγωγιμότητά του κατά δέκα χιλιάδες φορές. Αυτή η απότομη αλλαγή επιτρέπει στο υλικό να αλλάζει αυτόματα τη συμπεριφορά του απέναντι στα μικροκύματα, επιτρέποντας τη διέλευσή τους σε χαμηλές θερμοκρασίες και μπλοκάροντάς τα σχεδόν πλήρως όταν θερμανθεί, όπως αποδείχθηκε σε δοκιμές στη ζώνη συχνοτήτων X που χρησιμοποιείται σε ραντάρ και δορυφόρους.
Η απέναντι πλευρά της μεμβράνης είναι σχεδιασμένη για ακτινοβολητική ψύξη. Μέσω μιας πορώδους δομής με σωματίδια πυριτίου, ανακλά πάνω από το 90% του ηλιακού φωτός και εκπέμπει τη θερμότητα στο μέσο υπέρυθρο φάσμα, επιτυγχάνοντας θερμοκρασίες έως και 12 βαθμούς Κελσίου κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Παράλληλα, και οι δύο πλευρές είναι υπερυδρόφοβες, εμποδίζοντας τη συσσώρευση νερού και προσφέροντας εντυπωσιακές αντιπαγετικές ιδιότητες.
Αν και το έργο βρίσκεται ακόμα σε εργαστηριακό στάδιο, οι μελλοντικές εφαρμογές της τεχνολογίας είναι ευρείες. Στον τομέα των κατασκευών, η χρήση της μεμβράνης στις προσόψεις κτιρίων εκτιμάται ότι μπορεί να προσφέρει ετήσια εξοικονόμηση ενέργειας περίπου 11 κιλοβατωρών ανά τετραγωνικό μέτρο μέσω της εποχιακής προσαρμογής. Στην αεροδιαστημική και την άμυνα, η δυνατότητα δυναμικής μεταβολής του θερμικού και ηλεκτρομαγνητικού ίχνους ανοίγει νέους δρόμους για προσαρμοστικές τεχνολογίες stealth, ενώ παράλληλα προσφέρει λύσεις για την προστασία εξωτερικών τηλεπικοινωνιακών υποδομών από ακραίες καιρικές συνθήκες.
Πηγή: https://newatlas.com/materials/penguin-inspired-material-heating-cooling-modes/
Photo: Derek Oyen | unsplash
