Vào buổi trưa của một ngày mùa hè đầy nắng, nhiệt độ của một mái bằng tối màu thông thường có thể lên tới 150 độ F (65 độ C), theo Bộ Năng lượng Hoa Kỳ . Sức nóng đó cũng sẽ làm ấm bên trong một tòa nhà hoặc một ngôi nhà, khiến cho việc sử dụng điều hòa không khí trở nên cần thiết - một loại năng lượng tiêu thụ thường đòi hỏi phải đốt nhiên liệu hóa thạch tại các nhà máy điện, nơi phát thải góp phần vào sự tiến triển của biến đổi khí hậu. Đó là một vấn đề nan giải có thể dễ dàng giải quyết, nếu chúng ta chỉ có những mái nhà phản xạ năng lượng mặt trời trở lại bầu trời, thay vì hấp thụ nó.
Sơn trắng nhất từng được tạo ra
Đó là lý do tại sao việc các nhà nghiên cứu phát triển loại sơn trắng nhất từng được tạo ra - một công thức "siêu trắng" phản chiếu tới 98,1% ánh sáng mặt trời - có thể trở thành một vấn đề thực sự lớn trong nỗ lực giảm tiêu thụ năng lượng và chống lại sự ấm lên của hành tinh. Bước đột phá này được trình bày chi tiết trong bài báo này , được xuất bản ngày 15 tháng 4 năm 2021, trên Tạp chí Vật liệu & Giao diện Ứng dụng, một tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).
Xiangyu Li, tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết: “Lớp sơn này không chỉ phản xạ phần lớn ánh sáng mặt trời để tránh quá nóng, mà còn tự hạ nhiệt xuống lạnh hơn không khí xung quanh nó, ngay cả dưới ánh nắng trực tiếp”, Xiangyu Li , tác giả đầu tiên của bài báo, cho biết qua email. Anh ấy là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Học viện Công nghệ Massachusetts, người đã làm việc trong dự án khi đang học cao học tại Purdue. (Đồng tác giả của anh ấy bao gồm Joseph Pe people , Peiyan Yao và tác giả tương ứng Xiulin Ruan , giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Purdue, người đứng đầu Phòng thí nghiệm chuyển đổi và vận chuyển năng lượng quy mô nano của trường đại học .)
Li nói: “Theo một cách nào đó, nó thực sự là một chiếc máy điều hòa không khí mà không tiêu thụ bất kỳ điện năng nào.
Sơn không chỉ hấp thụ rất ít năng lượng từ ánh sáng mặt trời mà còn phát ra nhiệt năng trong dải hồng ngoại trở lại bầu khí quyển, để nó truyền ra ngoài và đi khỏi Trái đất. Li nói: “Cả hai hiệu ứng đều giúp giảm nhu cầu sử dụng điện hoặc làm mát.
Các nhà nghiên cứu đã cố gắng tạo ra các loại sơn có thể được sử dụng trong việc làm mát thụ động từ những năm 1970, nhưng hầu hết chúng đã hấp thụ quá nhiều ánh sáng mặt trời nên không mang lại hiệu quả làm mát vào ban ngày, Li giải thích. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học cũng đang khám phá các công nghệ kỳ lạ để tạo ra các bề mặt phản xạ ánh sáng, chẳng hạn như màng cấu trúc nano nhiều lớp, nhưng những giải pháp đó có xu hướng đắt tiền và không dễ mở rộng cho các tòa nhà, theo Li.
Điều đó khiến các nhà nghiên cứu quay trở lại suy nghĩ rằng cách tiếp cận tốt nhất "là ở dạng hỗn hợp polyme hạt, tương tự như sơn thương mại", Li giải thích.
Sơn trắng thông thường không đủ trắng để giúp làm mát thụ động - nó chỉ phản xạ 80 đến 90% ánh sáng mặt trời và thực sự trở nên ấm hơn do hấp thụ tia cực tím. Vì vậy, nhiệm vụ trở thành tìm cách làm cho sơn trắng trở nên trắng hơn. Và đó hóa ra là một thách thức.
Li cho biết: “Đầu tiên chúng tôi đã thử nhiều vật liệu có khoảng cách vùng cấm điện tử cao để tránh hấp thụ năng lượng mặt trời. "Tuy nhiên, sơn thường xuất hiện nửa trong suốt ở độ dày thấp do không có khả năng phản xạ ánh sáng mặt trời. Trong các nghiên cứu trước đây của chúng tôi về sơn thương mại và mô hình lý thuyết, chúng tôi đã xác định rằng cả nồng độ cao và phân bố kích thước hạt rộng đều có lợi. Như chúng tôi khi thực hiện hai cách tiếp cận này, chúng tôi thấy dung dịch sơn có vẻ trắng hơn so với những lần thử trước. "
Như Li giải thích trong một bản tin Purdue , các nhà nghiên cứu đã xem xét "các sản phẩm thương mại khác nhau, về cơ bản là bất cứ thứ gì có màu trắng." Cuối cùng, "[w] e thấy rằng sử dụng bari sulfat, về mặt lý thuyết, bạn có thể làm cho mọi thứ thực sự, thực sự phản chiếu, có nghĩa là chúng thực sự, thực sự trắng."
Bạn có thể đã nghe nói về bari sulfat trước đây. Theo MedlinePlus , đó là thứ mà các bệnh nhân y tế sử dụng ở dạng uống hoặc viên để phủ lên thực quản, dạ dày và ruột khi họ đi kiểm tra X-quang hoặc chụp CT, để các bác sĩ có thể nhìn thấy các khu vực bị bệnh hoặc bị tổn thương rõ ràng hơn, theo MedlinePlus . Như một thành phần sơn, Li lưu ý, nó đã được phổ biến rộng rãi và an toàn cho con người và môi trường.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều kích cỡ khác nhau của các hạt bari sulfat trong sơn, giúp sơn phân tán nhiều quang phổ hơn.
Họ cũng phải đảm bảo rằng lớp sơn sẽ tồn tại đủ lâu bên ngoài để thích hợp cho việc sơn mái nhà. Li giải thích: “Chúng tôi đã thử nghiệm khả năng chống mài mòn, thời tiết ngoài trời trong ba tuần và thử nghiệm xả nước. "Cả ba đều cho kết quả đầy hứa hẹn khi kiểm tra độ bền ban đầu. Chúng tôi cũng đã kiểm tra độ nhớt và sơn có thể được chải và làm khô rất giống với sơn thương mại. Nó cũng có thể được chế tạo theo cách tương tự. Trong công việc này, chúng tôi không chỉ đạt được sơn cao cấp hơn sơn thương mại, nhưng cũng không cần thiết bị hoặc vật liệu chuyên dụng để chế tạo, vận chuyển hoặc thi công sơn. "
Sơn siêu trắng trông khá giống với sơn trắng thông thường, bởi vì sự khác biệt về hệ số phản xạ, trong khi đáng kể về khả năng làm mát, mắt người không thể nhận thấy. Li nói: “Trong bài báo, chúng tôi có một bức ảnh của cả hai loại sơn, trông gần như giống hệt nhau.
Bước tiếp theo trong nghiên cứu là tối ưu hóa sơn để có độ bền lâu dài dưới các loại điều kiện thời tiết khác nhau. Vẫn chưa có ngày mục tiêu để nó có sẵn trên thị trường, vì vậy đừng tìm kiếm nó ở cửa hàng phần cứng địa phương.
Bây giờ điều đó thật thú vị
Đối lập với siêu trắng có thể là Vantablack , tên thương hiệu của một loại lớp phủ siêu đen phản chiếu ít hơn 1% ánh sáng, được phát triển bởi một công ty tiếng Anh có tên là Surrey NanoSystems .
