science >> Wetenschap >  >> Natuur

De witste verf ooit geproduceerd kan energie besparen,

Strijd tegen klimaatverandering Xiulin Ruan, een Purdue University hoogleraar werktuigbouwkunde, houdt het monster van zijn laboratorium van de witste verf op de plaat omhoog. Jared Pike/Purdue University

's Middags op een zonnige zomerdag, de temperatuur van een conventioneel donkergekleurd plat dak kan 65 graden Celsius bereiken, volgens het Amerikaanse ministerie van Energie. Die warmte zal ook de binnenkant van een gebouw of huis verwarmen, waardoor het nodig is om airconditioning te gebruiken - een energieverbruik dat op zijn beurt vaak de verbranding van fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales vereist, waarvan de uitstoot bijdraagt ​​aan de voortschrijdende klimaatverandering. Het is een ellendig probleem dat gemakkelijk kan worden opgelost, als we alleen daken hadden die zonne-energie weerkaatsten in de lucht, in plaats van het te absorberen.

De witste verf ooit gemaakt

Dat is de reden waarom de ontwikkeling door onderzoekers van de witste verf ooit gemaakt - een "ultrawitte" formulering die tot 98,1 procent van het zonlicht reflecteert - een heel groot probleem zou kunnen zijn in de poging om het energieverbruik te verminderen en de opwarming van onze aarde tegen te gaan. planeet. De doorbraak wordt gedetailleerd beschreven in dit artikel, gepubliceerd op 15 april 2021, in Toegepaste Materialen &Interfaces, een tijdschrift van de American Chemical Society (ACS).

"Deze verf reflecteert niet alleen het grootste deel van het zonlicht om oververhitting te voorkomen, maar koelt zichzelf ook kouder af dan de omringende lucht, zelfs in direct zonlicht, "Xiangy Li, de eerste auteur van de krant, zegt via e-mail. Hij is een postdoctoraal onderzoeker aan het Massachusetts Institute of Technology, die aan het project werkte tijdens zijn afstuderen aan Purdue. (Zijn coauteurs zijn onder meer Joseph Peoples, Peiyan Yao en corresponderende auteur Xiulin Ruan, hoogleraar werktuigbouwkunde aan Purdue, die het Nanoscale Energy Transport and Conversion Laboratory van de universiteit leidt.)

"In zekere zin, het is in feite een airconditioner zonder elektriciteit te verbruiken, "zegt Li.

Niet alleen absorbeert de verf zeer weinig energie van zonlicht, maar het zendt ook thermische energie in het infraroodbereik terug in de atmosfeer, zodat het naar buiten en weg van de aarde reist. "Beide effecten helpen de behoefte aan elektriciteit of koeling te verminderen, "zegt Li.

Onderzoekers proberen al sinds de jaren zeventig verven te maken die kunnen worden gebruikt in passieve koeling. maar de meeste hebben te veel zonlicht geabsorbeerd, zodat ze overdag geen verkoelend effect hebben, legt Li uit. In recente jaren, wetenschappers hebben ook exotische technologieën onderzocht voor het creëren van lichtreflecterende oppervlakken, zoals meerlagige nanogestructureerde films, maar die oplossingen zijn vaak duur en niet gemakkelijk schaalbaar naar gebouwen, volgens Li.

Dat bracht de onderzoekers weer tot het idee dat de beste aanpak "is in de vorm van deeltjes-polymeercomposiet, die vergelijkbaar is met commerciële verf, ' legt Li uit.

Een infraroodcamera laat zien hoe een monster van de witste witte verf (het donkerpaarse vierkant in het midden) het bord daadwerkelijk afkoelt tot onder de omgevingstemperatuur, iets dat zelfs commerciële "hitteafstotende" verven niet doen. Joseph Peoples/Purdue University

Gewone witte verf is niet helemaal wit genoeg om veel te helpen bij passieve koeling - het reflecteert slechts 80 tot 90 procent van het zonlicht, en wordt zelfs warmer door het absorberen van ultraviolet licht. Dus, de taak werd een manier te vinden om witte verf nog witter te maken. En dat bleek een uitdaging.

"We hebben eerst meerdere materialen geprobeerd met een hoge elektronenbandafstand om zonneabsorptie te voorkomen, " zegt Li. "Echter, de verven leken vaak semi-transparant bij lage dikte vanwege het gebrek aan vermogen om zonlicht te weerkaatsen. Tijdens onze eerdere studies over commerciële verven en theoretische modellering, we hebben vastgesteld dat zowel een hoge concentratie als een brede deeltjesgrootteverdeling gunstig waren. Toen we deze twee benaderingen implementeerden, we zagen de verfoplossing witter lijken in vergelijking met eerdere pogingen."

Zoals Li uitlegde in een Purdu-persbericht, keken de onderzoekers naar "verschillende commerciële producten, eigenlijk alles wat wit is." Uiteindelijk, "[w]e ontdekten dat het gebruik van bariumsulfaat, je kunt in theorie dingen echt maken, echt reflecterend, wat betekent dat ze echt, echt wit."

Je hebt misschien al eerder van bariumsulfaat gehoord. Het is het spul dat medische patiënten in drank- of tabletvorm nemen om de slokdarm te bedekken, maag en darmen wanneer ze een röntgenonderzoek of CT-scan krijgen, zodat artsen zieke of beschadigde gebieden beter kunnen zien, volgens MedlinePlus. Als verfingrediënt, Li merkt op, het is al op grote schaal beschikbaar en veilig voor mens en milieu.

De onderzoekers gebruikten verschillende maten bariumsulfaatdeeltjes in de verf, waardoor de verf meer van het spectrum kon verspreiden.

Ook moesten ze ervoor zorgen dat de verf buiten lang genoeg mee zou gaan om geschikt te zijn voor het schilderen van daken. "We hebben de slijtvastheid getest, drie weken durende buitenverwering en een waterspoeltest, Li legt uit. "Alle drie lieten veelbelovende resultaten zien als eerste duurzaamheidstests. We hebben ook de viscositeit getest, en de verven kunnen worden geborsteld en gedroogd, vergelijkbaar met commerciële verf. Het kan ook op een vergelijkbare manier worden vervaardigd. In dit werk, we hebben niet alleen een verf bereikt die superieur is aan de commerciële verf, maar hebben ook geen gespecialiseerde apparatuur of materialen nodig om te fabriceren, vervoer of breng de verf aan."

Ultrawitte verf lijkt veel op gewone witte verf, omdat het verschil in reflectiviteit, hoewel belangrijk in termen van koeling, is niet waarneembaar voor menselijke ogen. "In de krant, we hebben een foto van beide verven, die bijna identiek aan elkaar lijken, "zegt Li.

De volgende stap in het onderzoek is het optimaliseren van de verf voor langdurige duurzaamheid onder verschillende soorten weersomstandigheden. Er is nog geen streefdatum om marktklaar te zijn, dus zoek het nog niet bij de plaatselijke ijzerhandel.

Dat is nu interessant

Het tegenovergestelde van ultra-wit is misschien Vantablack, de merknaam voor een soort superzwarte coating die minder dan 1 procent van het licht reflecteert, ontwikkeld door een Engels bedrijf genaamd Surrey NanoSystems.