Sve veći zahtevi za održivim i energetski efikasnim tehnologijama podstiču razvoj materijala koji ne obavljaju samo jednu funkciju, već istovremeno mogu da doprinesu uštedi energije, komforu i boljoj kontroli uslova u objektima. Upravo u tom pravcu išao je magistar Sachin Kochrekar koji je u okviru doktorske disertacije razvio materijale sposobne da menjaju boju i skladište električnu energiju.
.jpg)
Ilustracija (Foto: AI generatded)
Ovakvo rešenje bi u budućnosti moglo da bude posebno važno za građevinarstvo, jer otvara mogućnost primene u pametnim prozorima koji bi istovremeno čuvali energiju dobijenu od sunca i zatamnjivali se po potrebi. Takvi prozori mogli bi da smanje zagrevanje prostora pri jakom osunčanju, a time i potrebu za dodatnim hlađenjem zgrada.
Osnovu istraživanja čine tanki polimerni filmovi zasnovani na porfirinima - molekulima koji su široko zastupljeni u prirodi. Nalaze se, između ostalog, u hlorofilu i hemoglobinu, a posebno su zanimljivi zbog sposobnosti prenosa elektrona i kontrolisane promene stanja.
Sachin Kochrekar, istraživač sa Univerziteta u Turkuu u Finskoj, ukazao je na to da porfirinska struktura u hlorofilu omogućava biljkama da kroz fotosintezu koriste energiju sunčeve svetlosti. Upravo ta osobina poslužila je kao polazište za razvoj novih pametnih materijala.
U okviru disertacije, izrađene su nove membranske strukture na dva načina. Jedan pristup podrazumevao je kombinovanje porfirina sa električno provodljivim materijalom u hibridnoj strukturi. Drugi, jednostavniji metod, zasnivao se na povezivanju porfirina pomoću mostnog molekula, čime je formirana polimerna membrana.
Ispitivan je i uticaj metala na svojstva materijala. U središte porfirinskih molekula postavljani su nikl, cink ili nije korišćen metal. Pokazalo se da i male strukturne razlike mogu značajno da promene performanse.
Film na bazi nikla menjao je boju između tri različite nijanse, dok su materijali sa cinkom i oni bez metala imali promenu između dva stanja.
Svi razvijeni materijali reagovali su brzo, za manje od dve sekunde, uz jasan vizuelni kontrast. Važna karakteristika je i to što su zadržavali promenjenu boju čak i nakon isključivanja napajanja, što ih čini zanimljivim za primenu na staklenim površinama i fasadnim sistemima.
Membrane su testirane i za skladištenje energije u elektrolitu na bazi vode, koji se smatra bezbednijim i ekološki prihvatljivijim od uobičajenih rešenja. Prema navodima istraživanja, ovo je prva studija u kojoj su polimerne membrane zasnovane na porfirinima korišćene kao elektrohromni superkondenzatori u vodenom elektrolitskom sistemu.
Sva tri materijala pokazala su dobra svojstva čuvanja energije, zbog čega se posmatraju kao obećavajuća osnova za buduća multifunkcionalna energetska rešenja.
Kochrekar je naveo da su materijali povoljni za proizvodnju, jednostavni za upravljanje i veoma prilagodljivi. Mogu se integrisati u različite primene, uključujući fleksibilne i rastegljive podloge, senzorsku tehnologiju, fleksibilnu elektroniku, pametnu odeću i solarna energetska rešenja.
Za građevinski sektor najzanimljivija je mogućnost razvoja novih pametnih prozora koji bi istovremeno skladištili solarnu energiju i zatamnjivali se pri jakom suncu. Time bi staklene površine dobile aktivnu ulogu u energetskoj efikasnosti objekata, umesto da budu samo pasivni deo omotača zgrade.
Ova doktorska disertacija je nastala u istraživačkoj grupi za hemiju materijala koju vodi profesor Carita Kvarnström, u okviru Odeljenja za hemiju na Univerzitetu u Turkuu. Ova grupa već deset godina istražuje i razvija organske materijale koji menjaju boju.
Pored pametnih prozora, potencijalne primene obuhvataju i druge staklene površine, retrovizore protiv odsjaja, krovne prozore u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji, bilborde, sočiva za naočare i uređaje za skladištenje energije kod kojih bi promena boje pokazivala nivo napunjenosti.
Materijali bi mogli da se koriste i kao vizuelni indikatori u hemijskim senzorima, jer menjaju boju pri izloženosti određenim gasovima ili biološkim markerima.
