Bizonyos lepkefajok szárnyát cink-oxid-vegyülettel bevonva környezetkímélő módon és olcsón állíthatók elő úgynevezett fotonikus nanoszerkezetek, amelyek lehetővé teszik a napenergia közvetlen hasznosítását kémiai folyamatok előidézésére – állapították meg az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat Energiatudományi Kutatóközpont (ELKH EK) Műszaki Fizikai és Anyagtudományi, valamint Energia- és Környezetbiztonsági Intézetének kutatói.

Az eredmények új távlatokat nyithatnak többek között a vízben oldott szennyező anyagok – például festékek, gyógyszermaradványok, mikroműanyagok – káros hatásainak csökkentését célzó vízkezelés terén. A kutatást bemutató tanulmány a Royal Society Open Science című rangos szakfolyóiratban jelent meg.

A napfényt a jövő elsődleges megújuló energiaforrásaként tartják számon, amelynek egyik közvetlen felhasználási formája a fotokatalízis. Ennek során a napenergiát közvetlenül hasznosítják kémiai folyamatok előidézésére, ami sokkal hatékonyabb, mintha előbb elektromos energiává alakítanák – például napelemek segítségével –, majd az így nyert energiát használnák fel a kémiai folyamatokban.

A fotonikus kristályokként ismert, a fény terjedését befolyásolni képes, különleges nanoszerkezetek előállítása azonban drága, az előállításuk során keletkező mérgező anyagok révén környezetszennyező és időigényes. Ugyanakkor számos lepkefaj hímjeinek szárnyain előfordulnak fotonikus kristály jellegű nanoarchitektúrák. Az ELKH EK kutatói közönséges vagy Ikarusz boglárka lepkéket tenyésztenek, amelyek lehetővé teszik ezeknek a hasznos nanoszerkezeteknek a környezetkímélő és olcsó előállítását.

Modern anyagtudományi eljárásokkal lehetséges a lepkék szárnyait borító fotonikus nanoarchitektúrák befedése cink-oxid-réteggel, mely réteg vastagságának változtatásával a visszavert fény színe is hangolható.

Ezzel az eljárással pedig fokozható a cink-oxid-vegyület kémiai változásokat előidéző, napenergia-hasznosító tulajdonsága.

 A fotonikus kristályok két fényáteresztő, de optikai tulajdonságaikban jelentősen eltérő anyagból felépülő nanokompozitok (1. ábra), amelyekben az egyes alkotó anyagok elhelyezkedése szabályosan, a fény hullámhosszával összemérhető skálán váltakozik a térben. Emiatt adott hullámhosszúságú fény nem képes a fotonikus nanoarchitektúrákban terjedni, és visszaverődik azok felszínéről.

 

Ezek a nanoszerkezetek a sok millió éves biológiai evolúció révén már léteznek a természetben is, így esett a magyar kutatók választása a lepkék nanoszerkezetű szárnyaira, amelyek a fenti probléma megoldására tökéletesen alkalmasak.

A nanoszerkezet egyik összetevője a levegő, ezért a lepkék szárnyain előforduló fotonikus nanoarchitektúrák fajlagos felszíne igen nagy. Mivel a folyadék és a szilárd anyag kölcsönhatása így sokkal nagyobb felületen érvényesül. Modern anyagtudományi eljárásokkal, például atomi rétegleválasztással (Atomic Layer Deposition, ALD) lehetséges a kitinalapú fotonikus nanoarchitektúra konformális beborítása néhány nanométer vastagságú cink-oxid-réteggel.

A kísérletekhez a kutatók különböző fajoktól származó, néhány nanométer vastagságú cink-oxid-réteggel borított lepkeszárnyakat alkalmaztak. Kimutatták, hogy a fotokatalitikus hatás annál jobban fokozódik, minél nagyobb az átfedés a látható fény tartományában a cink-oxiddal borított lepkeszárny fényvisszaverése és a tesztanyagként alkalmazott, vízben oldott rodamin B festék fényelnyelése között. Ezzel igazolták, hogy a megfelelően nanostrukturált cink-oxid a látható tartományban is rendelkezik fotokatalitikus hatással, továbbá hogy ennek nagysága a fotonikus nanoarchitektúra jellegű biológiai szubsztrát optikai jellemzőinek változtatásával hangolható.

Forrás:

Velvet - Élet - Lepkeszárnyból hasznosítanának napenergiát tudósok

Lepkékkel a szennyező anyagok ellen? - Infostart.hu

Lepkeszárnyakkal hasznosítanák a napenergiát magyar kutatók | hirado.hu