Vid middagstid en solig sommardag, temperaturen på ett konventionellt mörkfärgat platt tak kan nå 150 grader Fahrenheit (65 grader Celsius), enligt U.S. Department of Energy. Den värmen kommer också att värma insidan av en byggnad eller ett hus, gör det nödvändigt att använda luftkonditionering - en energiförbrukning som i sin tur ofta kräver förbränning av fossila bränslen vid elkraftverk, vars utsläpp bidrar till utvecklingen av klimatförändringarna. Det är ett bedeviling problem som lätt kan lösas, om vi bara hade tak som reflekterade solenergi tillbaka till himlen, istället för att absorbera det.

Den vitaste färgen som någonsin skapats

Det är därför forskarnas utveckling av den vitaste färgen som någonsin skapats-en "ultravit" formulering som reflekterar upp till 98,1 procent av solljus-kan visa sig vara en riktigt stor grej i arbetet med att minska energiförbrukningen och bekämpa uppvärmningen av våra planet. Genombrottet beskrivs i denna artikel, publicerad 15 april, 2021, i tillämpade material och gränssnitt, en tidning från American Chemical Society (ACS).

"Denna färg reflekterar inte bara majoriteten av solljuset för att undvika överhettning, men kyler sig också kallare än luften som omger den, även under direkt solljus, "Xiangyu Li, tidningens första författare, säger via mejl. Han är en postdoktoral forskare vid Massachusetts Institute of Technology som arbetade med projektet under forskarskolan på Purdue. (Hans medförfattare inkluderar Joseph Peoples, Peiyan Yao och motsvarande författare Xiulin Ruan, professor i maskinteknik vid Purdue, som leder universitetets Nanoscale Energy Transport and Conversion Laboratory.)

"På något sätt, det är faktiskt ett luftkonditioneringsapparat utan att förbruka någon el, "Säger Li.

Färgen absorberar inte bara mycket lite energi från solljus, men det avger också termisk energi i det infraröda området tillbaka till atmosfären, så att den reser ut och bort från jorden. "Båda effekterna hjälper till att minska el- eller kylbehovet, "Säger Li.

Forskare har försökt göra färger som kan användas i passiv kylning sedan 1970 -talet, men de flesta har absorberat för mycket solljus, så att de inte ger någon kylande effekt på dagtid, Li förklarar. Under de senaste åren har forskare har också utforskat exotisk teknik för att skapa ljusreflekterande ytor, såsom flerskiktade nanonstrukturerade filmer, men dessa lösningar tenderar att vara dyra och inte lätt skalbara till byggnader, enligt Li.

Det fick forskarna att tänka på att det bästa tillvägagångssättet "är i form av partikel-polymerkomposit, som liknar kommersiell färg, "Förklarar Li.

Vanlig vit färg är inte riktigt vit nog för att hjälpa mycket med passiv kylning - den reflekterar bara 80 till 90 procent av solljuset, och blir faktiskt varmare av att absorbera ultraviolett ljus. Så, uppgiften blev att hitta ett sätt att göra vit färg ännu vitare. Och det visade sig vara en utmaning.

"Vi försökte först flera material med högt elektronbandgap för att undvika solabsorption, "Säger Li." Men färgerna verkade ofta halvtransparenta vid låg tjocklek på grund av bristen på förmåga att reflektera solljus. Under våra tidigare studier om kommersiella färger och teoretisk modellering, vi identifierade att både hög koncentration och bred partikelstorleksfördelning var fördelaktigt. När vi implementerade dessa två tillvägagångssätt, vi såg färglösningen framstå vitare jämfört med tidigare försök. "

Som Li förklarade i ett Purdue -pressmeddelande, forskarna tittade på "olika kommersiella produkter, i princip allt som är vitt. "Så småningom, "[fann] att man använder bariumsulfat, du kan teoretiskt göra saker verkligen, riktigt reflekterande, vilket betyder att de verkligen är, riktigt vitt. "

Du kanske har hört talas om bariumsulfat tidigare. Det är de saker som medicinska patienter tar i dryck eller tablettform för att täcka matstrupen, mage och tarmar när de får röntgenundersökning eller CT-skanning, så att läkare kan se sjuka eller skadade områden tydligare, enligt MedlinePlus. Som färgingrediens, Li noterar, det är redan allmänt tillgängligt och säkert för människor och miljö.

Forskarna använde en mängd olika storlekar av bariumsulfatpartiklar i färgen, vilket gjorde att färgen kunde sprida mer av spektrumet.

De var också tvungna att se till att färgen skulle hålla tillräckligt länge ute för att vara lämplig för att måla hustak. "Vi testade nötningsbeständigheten, tre veckors utomhusvittring och ett vattensköljningstest, ”Li förklarar.” Alla tre visade lovande resultat som första hållbarhetstester. Vi testade också viskositeten, och färgerna kan borstas och torkas mycket liknande kommersiell färg. Det kan också tillverkas på ett liknande sätt. I det här arbetet, vi uppnådde inte bara en färg som är överlägsen den kommersiella färgen, men behöver inte heller specialiserad utrustning eller material för att tillverka, transportera eller applicera färgen. "

Ultravit färg ser ganska lik vanlig vit färg, eftersom skillnaden i reflektivitet, medan betydande när det gäller kylning, är omärklig för mänskliga ögon. "I tidningen, vi har ett foto av båda färgerna, som ser nästan identiska ut med varandra, "Säger Li.

Nästa steg i forskningen är att optimera färgen för långvarig hållbarhet under olika slags väderförhållanden. Det finns ännu inget måldatum för att det ska vara marknadsklart, så sök inte efter det på den lokala järnaffären ännu.

Motsatsen till ultravitt kan vara Vantablack, varumärket för en typ av supersvart beläggning som reflekterar mindre än 1 procent av ljuset, utvecklat av ett engelskt företag som heter Surrey NanoSystems.