Dodano: 16 kwiecień 2021r.

Najbielsza farba na świecie odbija 98 proc. światła i może chłodzić budynki

W ubiegłym roku naukowcy z Uniwersytetu Purdue stworzyli superbiałą farbę, która odbija 95,5 proc. światła słonecznego. W nowych badaniach uczonym udało się poprawić ten wynik. Ich nowa farba odbija 98,1 proc. światła słonecznego i może pomóc w utrzymaniu niskiej temperatury w budynkach, potencjalnie ograniczając korzystanie z energochłonnych klimatyzatorów.

Najbielsza farba na świecie odbija 98 proc. światła i może chłodzić budynki

 

Nowa superbiała farba odbijająca 98,1 proc. światła słonecznego została opracowana przez zespół naukowców z Uniwersytetu Purdue w Indianie kierowany przez prof. Xiulina Ruana. Ten sam zespół w zeszłym roku stworzył farbę, która odbija 95,5 proc. światła słonecznego. Stosowanie takich farb do malowania budynków może pomóc w walce z globalnym ociepleniem, zmniejszając naszą zależność od klimatyzatorów, które wymagają znacznych ilości energii, tym samym pogarszając kryzys klimatyczny.

Rezultaty badań zespołu prof. Ruana ukazały się na łamach pisma „ACS Applied Materials & Interfaces”.

Najbielsza farba na świecie

Nowsza superbiała farba jest nie tylko bielsza od poprzedniczki, ale może też lepiej utrzymywać powierzchnie w chłodzie. - Szacujemy, że gdyby użyć tej farby do pokrycia dachu o powierzchni około 100 metrów kwadratowych, można by uzyskać moc chłodzenia wynoszącą 10 kilowatów. To więcej niż klimatyzatory używane w większości domów - powiedział prof. Ruan.

Białe farby dostępne na rynku nie zapewniają takiego efektu. Z kolei farby, które zostały zaprojektowane tak, aby nie absorbowały ciepła, odbijają tylko 80-90 proc. światła słonecznego i nie sprawią, że powierzchnie będą chłodniejsze niż ich otoczenie.

Aby opracować nową farbę, naukowcy poszukiwali białych, wysoce odblaskowych materiałów. Ich poprzednia farba zawierała cząsteczki węglanu wapnia - związku chemicznego znajdującego się w kredzie, ale nowa wersja superbiałej farby ma zupełnie inny skład.

Co sprawia, że ​​farba jest tak biała?

Dwie cechy nadają farbie ekstremalną biel. Jedną z nich jest bardzo wysokie stężenie związku chemicznego zwanego siarczanem baru w farbie, który jest również używany do nadawania bieli papierowi fotograficznemu oraz niektórym produktom kosmetycznym.

- Przyjrzeliśmy się różnym produktom komercyjnym, w zasadzie wszystkiemu, co jest białe - powiedział Xiangyu Li, współautor prac. - Odkryliśmy, że używając siarczanu baru, teoretycznie można sprawić, że rzeczy będą naprawdę bardzo odblaskowe, co oznacza, że będą również niezwykle białe – dodał.

Drugą cechą jest to, że cząsteczki siarczanu baru mają różne rozmiary w farbie. To, jak bardzo każda cząsteczka rozprasza światło, zależy od jej wielkości, więc szerszy zakres wielkości cząsteczek pozwala farbie rozproszyć więcej światła słonecznego.

- Wysokie stężenie cząsteczek o różnej wielkości daje farbie najszersze spektrum rozpraszania, co przyczynia się do najwyższego współczynnika odbicia - powiedział Joseph Peoples z Uniwersytetu Purdue.

Istnieje jednak punkt, w którym zbyt dużo siarczanu baru może zagrozić integralności farby, powodując jej kruchość i łuszczenie się po wyschnięciu. - Chociaż wyższe stężenie cząsteczek mogłoby dać coś bielszego, to nie można tego zbytnio zwiększyć. Im wyższe stężenie, tym łatwiej farba pęka lub odchodzi po wyschnięciu - powiedział Li. Naukowcy odkryli, że najodpowiedniejsze będzie około 60-procentowe stężenie siarczanu baru w medium akrylowym.

Efekt chłodzący

Testy przeprowadzone w godzinach popołudniowych na obszarze o dużym nasłonecznieniu wykazały, że powierzchnia pokryta nową farbą, tak dobrze wypromieniowuje ciepło, że była o 4,4 st. Celsjusza chłodniejsza niż temperatura otoczenia, osiągając średnią moc chłodzenia wynoszącą 117 watów na metr kwadratowy. W nocy efekt ten był jeszcze większy. Odbijanie promieni słonecznych przez farbę jest tak efektywne, że działało nawet w środku zimy.

Dla porównania, poprzednia superbiała farba w podobnych testach utrzymywała pomalowaną nią powierzchnią chłodniejszą o 1,7 st. C. od temperatury otoczenia i moc chłodzenia 37 watów na metr kwadratowy.

Farba, która odbija 98 proc. światła słonecznego

Kwadrat pomalowany nową farbą widziany zwykłą kamerą (po lewej) i w podczerwieni (po prawej). Po prawej stronie widać, jak próbka najbielszej farby na świecie ochładza tablicę, do której jest przymocowana poniżej temperatury otoczenia. Fot. Purdue University / Joseph Peoples

Naukowcy poszukiwali metody pasywnego chłodzenia od lat, jako realnej alternatywy dla tradycyjnych klimatyzatorów. Zespół Ruana w swoich badaniach przetestował ponad 100 różnych materiałów. Farba na bazie siarczanu baru jest efektem tych poszukiwań i ma potencjał, by zmienić świat na lepsze. Farba działa i spełnia oczekiwania twórców. Do tego można ją dość łatwo wyprodukować przy zastosowaniu obecnie używanych metod i technologii do produkcji farb i z pewnością znajdzie zastosowanie komercyjne. Zespół naukowców złożył już wniosek patentowy. Uczeni mają nadzieję, że ich farba wkrótce trafi do powszechnego użytku.

Nowa technologia może być wykorzystywana m.in. w budownictwie, dzięki czemu spadną koszty chłodzenia budynków. Farby można użyć również do chłodzenia centrów danych, magazynów, samochodów, zewnętrznych układów elektrycznych i telekomunikacyjnych. Farba może znaleźć też zastosowanie w wojskowości.

 

Źródło: Purdue University, fot. Purdue University/Jared Pike