Forskare har utvecklat en vit färg som svalnar under temperaturen i omgivningen även i direkt solljus. Deras forskning, publicerad 21 oktober i tidskriften Cell Rapporter Fysisk Vetenskap , demonstrerar en radiativ kylningsteknik som kan användas i kommersiella färger, som kan vara billigare att tillverka, och som passivt reflekterar 95,5 % av solljuset som når dess yta tillbaka till yttre rymden. I kontrast, kommersiella "värmeavvisande färger" som för närvarande finns på marknaden reflekterar endast 80%-90% av solinstrålningen och kan inte uppnå temperaturer under omgivningstemperaturen.

Under sommarmånaderna och i regioner med varmt klimat, de flesta byggnader är beroende av konventionella luftkonditioneringssystem för att överföra värme från innemiljön till utomhusmiljön. Dessa system kräver energi, avger överskottsvärme som förvandlar städer till "värmeöar, " och bidra till klimatkrisen. Men medan forskare har försökt utveckla strålande kylfärger sedan 1970-talet, tidigare utvecklade färger har inte kunnat reflektera tillräckligt med solljus för att fungera som livskraftiga, kommersialiserbara alternativ till traditionella luftkonditioneringsapparater.

"Det är en ihärdig uppgift att utveckla en lösning för radiativ kylning under omgivningen som erbjuder en bekväm enskiktig partikelmatrisfärg och hög tillförlitlighet, säger Xiulin Ruan, en professor vid School of Mechanical Engineering vid Purdue University i Indiana och en författare till studien. "Detta är avgörande för den breda tillämpningen av radiativ kylning och för att lindra den globala uppvärmningseffekten."

För att utveckla en kommersiellt användbar radiativ kylfärg, Ruan och kollegor använde kalciumkarbonatfyllmedel, en jordrik förening, istället för vanliga titandioxidpartiklar, eftersom fyllmedlen har stora bandgap (energiskillnader mellan valenselektronbandet och botten av ledningselektronbandet) som hjälper till att minimera mängden ultraviolett ljus som färgen absorberar. Forskarna utnyttjar också en hög partikelkoncentration på 60 %, som ökar solljusspridningen, samt en bred partikelstorleksfördelning istället för en enda partikelstorlek för effektiv bredbandsspridning.

För att visa hur väl dessa modifieringar förbättrade färgens strålningskylningsförmåga, forskarna utförde kylningstester i West Lafayette, Indiana under en tvådagarsperiod. Färgprovet förblev 10 C under omgivningstemperaturen på natten och minst 1,7 C under temperaturen i den omgivande omgivningen när solen stod i zenit. (Kyleffekten visades överstiga 37W/m ² under direkt sol.) Ruan och hans team utförde sedan ett andra test där en del av ett mönster målades med den nya färgen medan en annan del målades med en kommersiell vit färg av samma tjocklek. En infraröd kamera avslöjade att den kalciumkarbonatbaserade akrylfärgen kunde hålla en lägre temperatur under direkt solljus än sin kommersiella motsvarighet.

Ruan förväntar sig att tekniken kan gynna ett brett spektrum av industrier, inklusive bostäder och kommersiella byggnader, datacenter, lager, mat förråd, bil, elektrisk utrustning utomhus, militär infrastruktur, och nyttofordon. Färgen kan appliceras direkt på byggnader för att minska kylkostnaderna. Eftersom färgen saknar metalliska komponenter, telekommunikationsföretag kan använda den för att förhindra att utomhusutrustning överhettas, ett viktigt steg mot att möjliggöra ett 5G-nätverk.

"Denna färg kan till och med användas för att bekämpa klimatförändringar eftersom den avvisar solljus och strålar ut värme i rymden, säger Ruan.

Nästa, forskarna planerar att utföra långsiktiga tillförlitlighetsstudier för att testa färgens motståndskraft mot exponering för ultraviolett ljus, damm, ytvidhäftning, vatten, och tvättmedel för att säkerställa dess funktion som kommersiell produkt.

"Vår färg är kompatibel med tillverkningsprocessen för kommersiell färg, och kostnaden kan vara jämförbar eller till och med lägre, ", säger Ruan. "Nyckeln är att säkerställa färgens tillförlitlighet så att den är livskraftig i långvariga utomhusapplikationer."