По данным Министерства энергетики США , в полдень в солнечный летний день температура обычной плоской крыши темного цвета может достигать 150 градусов по Фаренгейту (65 градусов по Цельсию) . Это тепло также согреет внутреннюю часть здания или дома, что делает необходимым использование кондиционера — расход энергии, который, в свою очередь, часто требует сжигания ископаемого топлива на электростанциях, выбросы которых способствуют прогрессированию изменения климата. Это мучительная проблема, которую можно было бы легко решить, если бы у нас были только крыши, отражающие солнечную энергию обратно в небо, а не поглощающие ее.
Самая белая краска из когда-либо созданных
Вот почему разработка исследователями самой белой из когда- либо созданных красок — «ультра-белой» формулы, отражающей до 98,1 процента солнечного света, — может оказаться действительно важной в усилиях по сокращению потребления энергии и борьбе с потеплением нашей планеты. планета. Прорыв подробно описан в этой статье , опубликованной 15 апреля 2021 года в Applied Materials & Interfaces, журнале Американского химического общества (ACS).
«Эта краска не только отражает большую часть солнечного света, чтобы избежать перегрева, но и остывает холоднее, чем окружающий ее воздух, даже под прямыми солнечными лучами» , — говорит по электронной почте Сяньюй Ли , первый автор статьи. Он научный сотрудник Массачусетского технологического института, работавший над проектом во время учебы в аспирантуре Purdue. (Его соавторами являются Джозеф Пиплс, Пейян Яо и автор-корреспондент Сюлин Жуань , профессор машиностроения в Пердью, который возглавляет лабораторию наномасштабного транспорта и преобразования энергии университета .)
«В каком-то смысле это фактически кондиционер, не потребляющий электричества», — говорит Ли.
Краска не только поглощает очень мало энергии солнечного света, но и излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне обратно в атмосферу, так что она уходит от Земли и удаляется от нее. «Оба эффекта помогают снизить потребность в электроэнергии или охлаждении», — говорит Ли.
Исследователи пытались создать краски, которые можно было бы использовать для пассивного охлаждения, с 1970-х годов, но большинство из них поглощают слишком много солнечного света, так что они не обеспечивают никакого охлаждающего эффекта в дневное время, объясняет Ли. По словам Ли, в последние годы ученые также изучают экзотические технологии создания светоотражающих поверхностей, такие как многослойные наноструктурированные пленки, но эти решения, как правило, дороги и не легко масштабируются для зданий.
Это вернуло исследователей к мысли, что лучший подход «представляет собой композит из частиц и полимера, который похож на коммерческую краску», объясняет Ли.
Обычная белая краска недостаточно белая, чтобы помочь с пассивным охлаждением — она отражает только 80–90 процентов солнечного света и на самом деле нагревается от поглощения ультрафиолетового света. Итак, задачей стало найти способ сделать белую краску еще белее. И это оказалось вызовом.
«Сначала мы попробовали несколько материалов с большой шириной запрещенной зоны для электронов, чтобы избежать поглощения солнечного света», — говорит Ли. «Однако краски часто казались полупрозрачными при малой толщине из-за отсутствия способности отражать солнечный свет. В ходе наших предыдущих исследований коммерческих красок и теоретического моделирования мы определили, что и высокая концентрация, и широкий гранулометрический состав были выгодны. реализовав эти два подхода, мы увидели, что раствор краски стал белее, чем в предыдущих попытках».
Как объяснил Ли в пресс-релизе Purdue , исследователи изучили «различные коммерческие продукты, в основном все белое». В конце концов, «[мы] обнаружили, что, используя сульфат бария, теоретически можно сделать вещи очень, очень отражающими, что означает, что они действительно, очень белые».
Возможно, вы слышали о сульфате бария раньше. По данным MedlinePlus, это вещество, которое пациенты принимают в виде напитков или таблеток для покрытия пищевода, желудка и кишечника во время рентгенологического исследования или компьютерной томографии, чтобы врачи могли более четко видеть больные или поврежденные участки . Как ингредиент краски, отмечает Ли, он уже широко доступен и безопасен для человека и окружающей среды.
Исследователи использовали в краске частицы сульфата бария разного размера , что позволило краске рассеивать большую часть спектра.
Они также должны были убедиться, что краска продержится снаружи достаточно долго, чтобы ее можно было использовать для покраски крыш. «Мы протестировали стойкость к истиранию, трехнедельное воздействие атмосферных условий на открытом воздухе и тест на ополаскивание водой», — объясняет Ли. «Все три показали многообещающие результаты в ходе первоначальных испытаний на долговечность. Мы также проверили вязкость, и краски можно наносить кистью и сушить так же, как коммерческие краски. Их также можно изготавливать аналогичным образом. В этой работе мы не только достигли краска, которая превосходит коммерческую краску, но при этом не требует специального оборудования или материалов для изготовления, транспортировки или нанесения краски».
Ультрабелая краска очень похожа на обычную белую краску, потому что разница в отражательной способности, хотя и значительная с точки зрения охлаждения, незаметна для человеческого глаза. «В газете у нас есть фото обеих красок, которые выглядят почти одинаково», — говорит Ли.
Следующим шагом в исследовании является оптимизация краски для обеспечения долговечности при различных погодных условиях. Целевой даты, когда он будет готов к продаже, пока нет, поэтому пока не ищите его в местном хозяйственном магазине.
Теперь это интересно
Противоположностью ультра-белому может быть Vantablack , торговая марка типа супер-черного покрытия, отражающего менее 1 процента света, разработанного английской компанией Surrey NanoSystems .
