Een team van internationale wetenschappers heeft een nieuwe vorm van zeer efficiënte, goedkope isolatie op basis van de vleugels van een libel.

Het materiaal, bekend als een aerogel, is het meest poreuze materiaal dat de mens kent en ultralicht, met een stuk ter grootte van een gezinsauto met een gewicht van minder dan een kilogram.

Begonnen als een natte silicagel, qua structuur vergelijkbaar met gelei, het materiaal wordt zorgvuldig gedroogd om een ​​sterke, poreus materiaal. Maar tot nu toe, het verwijderen van de watermoleculen zonder de fijne silicastructuur te laten instorten is een lange, moeilijk en duur proces en als gevolg daarvan het gebruik van aerogels is beperkt tot enkele zeer specialistische taken, zoals het verzamelen van sterrenstof in de ruimte.

Nu een team van experts onder leiding van Newcastle University, VK, is erin geslaagd om het proces goedkoop na te bootsen door de manier na te bootsen waarop de libel zijn vleugels uitdroogt.

In plaats van het silica onder hoge temperatuur en druk te drogen, het team gebruikte natriumbicarbonaat (hetzelfde dat wordt gebruikt om taarten te laten rijzen) om de watermoleculen eruit te 'blazen', koolstofdioxidegas in de poriën op te vangen.

Ze publiceren hun bevindingen vandaag in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen , het team zegt dat de volgende stap zal zijn om het proces op te schalen om grotere panelen te maken die kunnen worden gebruikt om onze huizen en gebouwen te isoleren.

Dokter Lidija Šiller, gezamenlijke hoofdauteur en een wetenschapper op nanoschaal aan de Newcastle University die aan het onderzoek werkte met Dr. Xiao Han, Khalil Hassan en Dr Adrian Oila, ook van de Universiteit van Newcastle, verklaart:

"Het potentieel van deze ontdekking in termen van het verminderen van het energieverbruik en dus onze energierekening is echt spannend.

"Aerogels zijn een geweldig materiaal - veilig, licht en tien keer beter isolerend dan wat we nu gebruiken - maar tot nu toe waren ze voor de meesten van ons onbereikbaar omdat ze zo duur zijn om te maken. Ons onderzoek is een stap om ze breed beschikbaar te maken."

Leren van de natuur

Libellen behoren tot de insectenorde die bekend staat als Odonata, wat "getande kaak" betekent vanwege hun gekartelde monddelen.

"Deze oude insecten waren er al lang voordat de dinosaurussen evolueerden, " legt Dejan Kulijer uit, uit het Nationaal Museum van Bosnië en Herzegovina.

"Ze zijn een van de oudste insectengroepen om te vliegen en omvatten het grootste insect dat ooit heeft geleefd - de Griffenfly - met een spanwijdte van meer dan 70 cm."

Hun vleugels zijn poreus, gelaagde structuur vergelijkbaar met een aerogel en zijn zo sterk en licht dat ze het insect tot 30 mijl in een uur kunnen dragen.

"De vleugels van een libel zijn een ultralichte aerogel - die minder dan 2% van het totale lichaamsgewicht van het insect uitmaken - en toch zijn ze zo sterk dat ze het insect duizenden kilometers over oceanen en tussen continenten kunnen dragen, " zegt Dr Šiller, die samen met collega's van Newcastle University aan het onderzoek hebben gewerkt, Durham University en Limerick University, Ierland, evenals experts van het Nationaal Museum van Bosnië en Herzegovina.

"Het grootste deel van zijn levenscyclus, de libel brengt onder water door in zijn larvale stadium (een periode variërend van 30 dagen tot meerdere jaren). De verandering van larve naar volwassen vliegend insect vertegenwoordigt onomkeerbare veranderingen in morfologie en fysiologie. Dit proces van metamorfose kan 20 minuten tot enkele uren duren, afhankelijk van de soort. Wanneer de libel uit zijn larvale huid komt, zijn vleugels zijn als gelei, maar binnen een zeer korte tijd zetten ze uit en verharden ze om volledig droog te worden.

"Om dit te behalen, hun lichaam produceert bicarbonaatmoleculen die kooldioxidegas afgeven dat de lichaamsdruk regelt en tegelijkertijd vleugels droogt. Dit 'blaast' het water uit om een ​​droge, stal, lichte en sterke structuur.

"We hebben dit proces in het laboratorium nagebootst met de aerogel, het water uitblazen bij omgevingstemperatuur en met natriumbicarbonaat."

Ideale isolatoren

Aerogels werden voor het eerst ontdekt in 1931. Ze wegen doorgaans ongeveer 0,1 g/cm3 en bestaan ​​voor 95% uit lucht, ze hebben een thermische geleidbaarheid vergelijkbaar met een vacuümpaneel, waardoor ze ideale isolatoren zijn - niet alleen om de warmte binnen te houden, maar ook om huizen koel te houden.

Hun isolerende eigenschappen en robuustheid tegen veroudering, vocht en perforatie maken ze ideale materialen voor isolatie in gebouwen, maar tot nu toe hebben de hoge productiekosten het gebruik ervan beperkt.

Door bicarbonaatoplosmiddelen toe te voegen aan de silicagels en een innovatief chemisch proces te gebruiken, het team dwong de productie van koolstofdioxide om de gel van binnenuit uit te drogen. Tegelijkertijd, de CO2 zit gevangen in de delicate structuur, voorkomen dat de aerogel instort.

Gezamenlijke hoofdauteur Dr. Xiao Han, Universiteit van Newcastle, zei dat de nieuwe techniek de productiekosten met 96% zou verlagen - van ongeveer $ 100 tot $ 4 per kilogram.

"Net als de vleugels van een libel, ons aerogelmateriaal bestaat uit ultradunne lagen silica, wat betekent dat we een sterkere structuur kunnen creëren. De volgende stap zal zijn om het proces op te schalen om panelen van de isolatie te produceren die in huizen en gebouwen kunnen worden gebruikt om ons energieverbruik te helpen verminderen en uiteindelijk, onze rekeningen."