Het boktorfolie (afb: univ. van Texas)

Het reflecterende materiaal is geïnspireerd op het dekmateriaal op de vleugels van een kever die op de hete hellingen van vulkanen leeft. Het synthetische materiaal, voorzien van talloze minuscule piramidetjes, weerkaatst 95% van het zichtbare zonlicht en van het nabije infrarood. Onder de folie kan het wel 5 °C koeler zijn dan in de onbeschermde omgeving.
Er zouden wel zo’n 30 000 soorten boktorren zijn. Die insecten zijn herkenbaar aan hun lange voelsprieten. In Zuidoost-Azië woont een goudkleurige boktor, de Neocerambyx gigas. Die kun je vaak vinden op de hellingen van vulkanen op Java en Sumatra. Daar is het ’s zomers vaak bijzonder warm, op de bodem soms meer dan 70 °C. Als het erg warm is dan stoppen de beestjes met bewegen en verminderen de warmteopname.
Materiaaldeskundige Han Zhou van de Jiao Tonguniversiteit in Sjanghai vertelt dat die ‘heldere verschijning’ haar en haar collega’s was opgevallen. Ze vroegen zich af waar dat vandaan kwam en hoe dat insect daarmee zijn lichaamstemperatuur kon regelen.
“We maten de temperaturen onder lichtinval en vonden dat de tor in lucht de oppervlaktetemperatuur met 1,5 °C kan verlagen en in vacuüm met ongeveer 3 °C. We maten ook de optische eigenschappen en vonden een erg hoge weerkaatsing in het zichtbare en nabij-infrarode gebied.”

De Neocerambyx gigas (afb: WikiMedia Commons)

Toen ze de insecten met een rasterelektronenmicroscoop bekeken zagen ze dat de voorvleugels bedekt waren met minieme pluisjes. Die haarachtige structuren waren driehoekig en per cm² waren dat er zo’n 25 000. Die bepluisde oppervlakte weerkaatste zo’n 65% van het licht uit het zichtbare en nabij-infrarode spectrum. Als je de pluisjes weghaalde was dat nog maar 30%.
Van de drie kanten waren er twee glad en de derde gegolfd met franjes. De onderzoekers modelleerden hoe het licht zich gedraagt op en in de haartjes. De onderzoeksters constateerden dat de plooien op de gegolfde kant van de haartjes het licht verstrooiden ongeacht de hoek van inval. Uiteindelijk wordt een groot deel van het invallende licht teruggekaatst. Het licht dat via de gladde kanten binnenvalt komt via de haartjes op de binnenkant van de gegolfde kant terecht en wordt ook teruggekaatst.

Model

“We hebben die boktor als model genomen om een soortgelijk materiaal te maken”, legt de onderzoekster uit. De haartjes op het materiaal waren ook driehoekig in doorsnee, terwijl de (polymere) kanten gegolfd waren. Om de prestatie te verbeteren brachten ze aluminiumoxide deeltjes in het polymere folie aan. Die zorgen voor een sterke verstrooiing van het licht en ze absorberen nagenoeg geen zichtbaar of nabij-infrarood licht.
Experimenten toonden aan dat piramidetjes op het materiaaloppervlak de meeste weerkaatsing gaven in vergelijking met kegels en prisma’s. Het folie is zo’n 0,5 mm dik geïmpregneerd met aluminiumoxidekorreltjes en bezaaid met zo’n 6 μm hoge piramidetjes.

Het materiaal doet het beter dan de boktorren. Het weerkaatst 95% van het licht en heeft een aanzienlijk koeleffect. Een telefoon bedekt met dit reflectiefolie is tot 4,5 °C koeler dan een zonder dit folie. Het folie op een autodak op een zonnige dag verlaagt de oppervlaktetemperatuur met gemiddeld bijna  4 °C met een maximum van zelfs 7 °C in vergelijking met stukken wit papier met eenzelfde grootte en dikte.
Zhou denkt dat het materiaal voor veel koeltoepassingen geschikt is: van kleren tot gebouwen. Nu moeten de onderzoeksters nog uitzoeken hoe je het materiaal op industriële schaal kunt vervaardigen. Ze gaan ook kijken naar andere samenstellingen (en dus eigenschappen), bijvoorbeeld om het folie elektrisch geleidend te maken.

Bron: physicsworld.org