Xiulin Ruan ، أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة بوردو ، يحمل عينة معمله من الطلاء الأكثر بياضًا على الإطلاق.
في ظهيرة يوم صيفي مشمس ، يمكن أن تصل درجة حرارة السقف المسطح التقليدي ذي اللون الداكن إلى 150 درجة فهرنهايت (65 درجة مئوية) ، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية. ستعمل هذه الحرارة على تدفئة الجزء الداخلي من المبنى أو المنزل أيضًا ، مما يجعل من الضروري استخدام تكييف الهواء - وهو إنفاق للطاقة يتطلب بدوره حرق الوقود الأحفوري في محطات الطاقة الكهربائية ، والتي تساهم انبعاثاتها في تطور تغير المناخ. إنها مشكلة عابرة يمكن حلها بسهولة ، إذا كان لدينا أسقف تعكس الطاقة الشمسية مرة أخرى نحو السماء ، بدلاً من امتصاصها.
الطلاء الأكثر بياضًا على الإطلاق
هذا هو السبب في أن تطوير الباحثين للطلاء الأكثر بياضًا الذي تم إنشاؤه على الإطلاق - وهو تركيبة "فائقة البياض" تعكس ما يصل إلى 98.1 في المائة من ضوء الشمس - يمكن أن يكون أمرًا مهمًا حقًا في محاولة تقليل استهلاك الطاقة ومكافحة ارتفاع درجة حرارة كوكبنا . تم تفصيل هذا الاختراق في هذه المقالة ، المنشورة في 15 أبريل 2021 ، في مجلة Applied Materials & Interfaces ، وهي مجلة American Chemical Society (ACS).
يقول Xiangyu Li ، المؤلف الأول لورقة البحث ، عبر البريد الإلكتروني: "لا يعكس هذا الطلاء غالبية ضوء الشمس فقط لتجنب ارتفاع درجة الحرارة ، ولكنه أيضًا يبرد نفسه بدرجة أبرد من الهواء المحيط به ، حتى تحت أشعة الشمس المباشرة".
يقول لي: "بطريقة ما ، هو مكيف هواء فعال دون استهلاك أي كهرباء".
لا يمتص الطلاء القليل جدًا من الطاقة من ضوء الشمس فحسب ، بل إنه ينبعث أيضًا من الطاقة الحرارية في نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى الغلاف الجوي ، بحيث ينتقل بعيدًا عن الأرض. يقول لي: "كلا التأثيرين يساعدان في تقليل احتياجات الكهرباء أو التبريد".
يشرح لي أن الباحثين كانوا يحاولون صنع دهانات يمكن استخدامها في التبريد السلبي منذ سبعينيات القرن الماضي ، لكن معظمها قد امتص الكثير من ضوء الشمس ، بحيث لا توفر أي تأثير تبريد في النهار. في السنوات الأخيرة ، كان العلماء يستكشفون أيضًا تقنيات غريبة لإنشاء أسطح عاكسة للضوء ، مثل الأفلام متعددة الطبقات ذات البنية النانوية ، لكن هذه الحلول غالبًا ما تكون باهظة الثمن وغير قابلة للتطوير بسهولة في المباني ، وفقًا للي .
وهذا أعاد الباحثين إلى التفكير في أن أفضل نهج "يكون في شكل مركب بوليمر جزيئي ، وهو مشابه للطلاء التجاري" يشرح لي.
تُظهر كاميرا الأشعة تحت الحمراء كيف أن عينة من الطلاء الأبيض الأكثر بياضًا (المربع الأرجواني الداكن في المنتصف) تقوم بالفعل بتبريد اللوحة تحت درجة الحرارة المحيطة ، وهو أمر لا تفعله حتى الدهانات التجارية "الرافضة للحرارة".
الطلاء الأبيض العادي ليس أبيضًا بما يكفي للمساعدة كثيرًا في التبريد السلبي - فهو يعكس فقط 80 إلى 90 في المائة من ضوء الشمس ، ويزداد دفئًا في الواقع من امتصاص الضوء فوق البنفسجي. لذلك ، أصبحت المهمة إيجاد طريقة لجعل الطلاء الأبيض أكثر بياضًا. وقد تحول ذلك إلى تحدٍ.
يقول لي: "لقد جربنا أولاً مواد متعددة ذات فجوة عالية في نطاق الإلكترون لتجنب امتصاص الطاقة الشمسية". "ومع ذلك ، غالبًا ما ظهرت الدهانات شبه شفافة عند سماكة منخفضة بسبب عدم القدرة على عكس ضوء الشمس. خلال دراساتنا السابقة حول الدهانات التجارية والنمذجة النظرية ، حددنا أن كلاً من التركيز العالي والتوزيع الواسع لحجم الجسيمات كانا مفيدين. نفذت هاتين الطريقتين ، ورأينا أن محلول الطلاء يبدو أكثر بياضًا مقارنة بالمحاولات السابقة ".
كما أوضح لي في بيان صحفي لـ Purdue ، نظر الباحثون في "منتجات تجارية مختلفة ، أي شيء أبيض بشكل أساسي". في النهاية ، "اكتشفنا أنه باستخدام كبريتات الباريوم ، يمكنك نظريًا جعل الأشياء عاكسة حقًا ، مما يعني أنها بيضاء حقًا."
ربما سمعت عن كبريتات الباريوم من قبل. إنها الأشياء التي يتناولها المرضى في شكل شراب أو أقراص لتغليف المريء والمعدة والأمعاء عند إجراء فحص بالأشعة السينية أو التصوير المقطعي المحوسب ، حتى يتمكن الأطباء من رؤية المناطق المريضة أو التالفة بشكل أكثر وضوحًا ، وفقًا لـ MedlinePlus. كمكون للطلاء ، يلاحظ لي أنه متوفر بالفعل على نطاق واسع وآمن للبشر والبيئة.
استخدم الباحثون مجموعة متنوعة من أحجام جزيئات كبريتات الباريوم في الطلاء ، مما مكن الطلاء من تشتيت المزيد من الطيف.
كان عليهم أيضًا التأكد من أن الطلاء سيستمر لفترة كافية في الخارج ليكون مناسبًا لطلاء أسطح المنازل. يوضح لي: "لقد اختبرنا مقاومة التآكل لمدة ثلاثة أسابيع واختبار شطف الماء". "أظهر الثلاثة نتائج واعدة كاختبارات متانة أولية. اختبرنا أيضًا اللزوجة ، ويمكن تنظيف الدهانات بالفرشاة وتجفيفها بشكل مشابه جدًا للطلاء التجاري. يمكن أيضًا تصنيعها بطريقة مماثلة. في هذا العمل ، لم نحقق فقط طلاءًا يتفوق على الطلاء التجاري ، ولكننا أيضًا لا نحتاج إلى معدات أو مواد متخصصة لتصنيع الطلاء أو نقله أو تطبيقه ".
يشبه الطلاء شديد البياض إلى حد كبير الطلاء الأبيض العادي ، لأن الاختلاف في الانعكاسية ، على الرغم من أهميته من حيث التبريد ، غير محسوس لأعين الإنسان. يقول لي: "في الورقة ، لدينا صورة لكلا الدهانين ، والتي تبدو متطابقة تقريبًا مع بعضها البعض".
تتمثل الخطوة التالية في البحث في تحسين الطلاء من أجل متانة طويلة الأمد في ظل أنواع مختلفة من الظروف الجوية. لا يوجد حتى الآن تاريخ مستهدف ليكون جاهزًا للسوق ، لذلك لا تبحث عنه في متجر الأجهزة المحلي حتى الآن.
قد يكون Vantablack هو عكس اللون الأبيض الفائق ، وهو الاسم التجاري لنوع من الطلاء شديد السواد يعكس أقل من 1 في المائة من الضوء ، طورته شركة إنجليزية تسمى Surrey NanoSystems.
المصدر :