Nanopinta, joka toimii kuin kasvin lehti

Oululaisfyysikot ovat onnistuneet kehittämään energiatehokkaan nanopinnan kasvien lehtien pintarakennetta mallintamalla. Polymeerimuovipinnalle tehdyn nanokalvon avulla aurinkopaneelien energiantuotto kasvaa jopa 17 prosenttia. Nanokalvoja voidaan hyödyntää myös esimerkiksi kasvihuoneiden lämmön ja valon tuotannossa.

Oulun yliopiston nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksikkö julkisti tutkija Wei Caon johdolla vuonna 2015 havaintonsa funktionaalisten nanomateriaalien valmistamisesta biomimikoimalla, ensimmäisenä maailmassa. Biomimikoinnin (so. eliöiden ja kasvien jäljittelyn) kohteena oli muun muassa lootuksen ja bambun lehdet.

”Evoluution ansiosta kasvit keräävät optimaalisesti auringon säteilyä. Me vain kopioimme eri kasvien lehtien pintarakenteen polymeerimuovikalvolle. Kun tällainen kalvo laitetaan aurinkopaneelin päälle, energiaa ei tule mistään lisää, mutta takaisinheijastus vähenee ja energiatuotanto kasvaa”, valaisee nano- ja molekyylisysteemien tutkimusyksikköä johtava professori Marko Huttula.

Evoluution ansiosta kasvien lehdet keräävät auringon säteilyä optimaalisesti. Nanopintoja voidaan mallintaa ja muokata siirtämään valoa yhtä tehokkaasti. 

Nanopinnan avulla voidaan tehostaa auringon lämmön ja valon hyödyntämistä myös mm. kasvihuoneissa. Niissä aurinkoenergian osuuden lisääntyminen palvelisi kestävää kehitystä, kun talvivihannesten tuotanto vaatisi vähemmän ostolämpöä. Biomimikoinnilla nanopinnasta saa myös vettähylkivän ja itsepuhdistuvan.

Tutkijat ovat onnistuneet kopioimaan millin miljoonaosan mittakaavaisen nanopinnan myös suoraan lasipinnalle ja piihin. Innovaatio voi siten muuttaa jopa aurinkopaneelien valmistusmenetelmän.

”Jatkossa on tarkoitus katsoa, voisiko menetelmää edelleen kehittää yhdistelemällä luonnon malleja, ja päihittää siten evoluution tulokset”, Huttula sanoo.

Nanopinnan tuotantomenetelmä ja käyttösovellukset on patentoitu. Tutkimuksen pohjalta on perustettu myös spinn off -yritys. Sekä tutkimus- että yritystoimintaa on tehty ja tehdään edelleen tiiviissä yhteistyössä kiinalaisten tutkijoiden, yliopistojen ja yritysten kanssa. Professori Marko Huttulan mukaan aktiivinen yhteistyö huippuosaajien kanssa ja yhteys laajoihin valmistusmarkkinoihin on erittäin tärkeää innovaation jatkokehityksen kannalta.   

Oulun yliopiston nano- ja molekyylisysteemien 45 hengen tutkimusyksikössä tutkitaan nanomateriaalien fysiikkaa ja pyritään ymmärtämään ja muokkaamaan materiaalien käyttäytymistä molekyylitasolla. Tutkimustyön tavoitteena on saavuttaa uutta tietoa ja innovaatioita esimerkiksi nanokatalyysimateriaaleista ja ilmakehän nanopartikkeleista. Monitieteinen tutkimusyhteistyö ulottuu puu- ja terästutkimukseen saakka.

Nano and Molecular Systems Research Unit

Lue myös:

Millimetrin miljoonasosat hyötykäyttöön

 

Lisätietoja ja lähteet:

Replication of Leaf Surface. Structures for Light Harvesting (www.nature.com/scientificreports 2015)

A computational study of antireflection structures bio-mimicked from leaf surface morphologies (ScienceDirect.com 2016)

Viimeksi päivitetty: 29.11.2016