Siarczan baru tworzy najbielszą farbę na świecie
Zostaw wiadomość
Xiulin Ruan, profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Purdue, i jego studenci stworzyli najbielszą farbę w historii
Profesor Xiulin Ruan z inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Purdue i jego studenci stworzyli kiedyś najbielszą farbę, jaką kiedykolwiek zarejestrowano, która została wpisana do Księgi Rekordów Guinnessa. Ta ultrabiała farba może odbijać do 98,1% światła widzialnego, a ze względu na swój silny współczynnik odbicia może nawet emitować ciepło podczerwone z pomalowanej powierzchni i ma doskonałe właściwości chłodzenia radiacyjnego.
Xiulin Ruan podnosi ze swojego laboratorium próbkę najbielszej farby w historii
Biały to kolor, który zawiera wszystkie kolory ze spektrum. Jest to kolor o największej jasności, z jakim spotykamy się na co dzień, a jednocześnie jest to kolor szczególny. Nie można go mieszać z innymi kolorami. To najdroższa i najbardziej ceniona egzystencja w pudełku z farbami studentów kierunków artystycznych. Jest też relatywnie droga wśród lakierów samochodowych i powłok przemysłowych.
Powodów podnoszenia „wartości” bieli jest wiele. Weźmy na przykład białą farbę powszechnie stosowaną w przemyśle. W porównaniu z innymi farbami, na jej kolor w większym stopniu wpływają zanieczyszczenia, dlatego proces jej oczyszczania będzie bardziej skomplikowany. Jednocześnie biała farba łatwo się utlenia i zmienia kolor na żółty. Jaki rodzaj materiałów wybrać i jak ustabilizować jego matrycę to także trudności techniczne.
Krótko mówiąc, im bielsza farba, tym trudniej ją wykonać. Ale naukowcy nigdy nie przestali dążyć do ideału, tak jak ludzie stworzyli najczarniejszą czarną „Vanta Black”, która może pochłaniać 99,9% światła widzialnego. Dla kontrastu jest mężczyzna, który również ma obsesję na punkcie dążenia do najwyższej bieli. Po ponad sześciu latach ciężkiej pracy jego i jego zespołu niedawno mu się to udało. Jest profesorem Ruanem Xiulinem z Uniwersytetu Purdue w Stanach Zjednoczonych. Niedawno poprowadził swój zespół do stworzenia najbielszej białej farby w historii ludzkości. Ta ultrabiała farba może odbijać do 98,1% światła widzialnego, emitując jednocześnie ciepło podczerwone z pomalowanej powierzchni i ma doskonałe właściwości chłodzenia radiacyjnego.
Kamera na podczerwień pokazuje, jak próbka najbielszej białej farby (ciemnofioletowy kwadrat pośrodku) faktycznie chłodzi płytę poniżej temperatury otoczenia, czego nie potrafią nawet komercyjne farby „odrzucające ciepło”.
Od czasu dołączenia do Uniwersytetu Purdue w 2008 roku profesor Xiulin Ruan jest zaangażowany w badania w dziedzinie inżynierii energetycznej i termofizycznej. Po niedawnym opublikowaniu wyników badań nad super białą farbą udzielił wywiadów wielu mediom i opowiedział, że jeśli farba ta zostanie nałożona na około 1,000 cala kwadratowego dachu, wnętrze domu może uzyskać 10 kilowatów moc chłodzenia, nawet chłodniejszą niż w większości domów z centralną klimatyzacją.
Wcześniej bardzo trudno było uzyskać wydajne chłodzenie pasywne (promieniowe). Obecnie stosunkowo zaawansowanym rozwiązaniem jest stosowanie skomplikowanych struktur wielowarstwowych lub odblaskowych warstw metali, co jednak ogranicza ich zastosowanie w wielu dziedzinach. Innym jest osiągnięcie pasywnego chłodzenia poprzez farbę, ale współczynnik odbicia większości obecnie używanych białych farb nadal mieści się w zakresie 80%-90%, a niski współczynnik odbicia utrudnia utrzymanie chłodu powierzchni. Wymaga to nałożenia bardzo grubej warstwy farby, która jest nie tylko nieekonomiczna, ale także bardzo łatwa do utwardzenia, a zakres jej stosowania jest wąski i może działać tylko w określonych warunkach atmosferycznych.
Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy wynalazł białą powłokę na bazie węglanu wapnia o współczynniku odbicia 95,5%. Teraz wynaleziona przez nich nowa nanokompozytowa ultrabiała powłoka na bazie siarczanu baru niewątpliwie w większym stopniu przyczyniła się do rozwoju technologii pasywnego chłodzenia. Ich artykuł został opublikowany jako artykuł na okładce czasopisma „American Chemical Society Applied Materials & Interfaces”.
Sekrety „wybielania”.
Ta superbiała farba kryje w sobie dwa „sekrety” wybielania. Jednym z nich jest wysokie stężenie siarczanu baru dodawanego do matrycy farby. Związek ten charakteryzuje się wysokim pasmem wzbronionym, niską absorpcją światła słonecznego i wysokim współczynnikiem odbicia. Często stosowany jest jako wypełniacz zmieniający konsystencję i dodawany do niektórych białych farb. Może być również stosowany jako środek wybielający oraz dodawany do papieru fotograficznego i kosmetyków.
Naukowcy przetestowali dużą liczbę białych przedmiotów dostępnych na rynku i odkryli, że dodanie siarczanu baru może rzeczywiście znacznie zwiększyć współczynnik odbicia obiektu, to znaczy sprawić, że będzie wyglądał na bielszy; po drugie, cząstki siarczanu baru wewnątrz farby mają różną wielkość i duży zakres wahań wielkości cząstek. Stopień, w jakim każda cząsteczka rozprasza światło, zmienia się w zależności od jej wielkości, zatem im większy jest rozkład wielkości cząstek wewnątrz farby, tym bardziej widoczne światło może rozproszyć farba.
Efekt superpozycji tych dwóch „sekretów” o wysokim stężeniu i różnej wielkości cząstek sprawia, że ta nowa farba ma wyjątkowo wysoki współczynnik odbicia. Oczywiście stężenie siarczanu baru nie może być zbyt duże. Chociaż wysokie stężenie pomaga uczynić farbę bielszą, zbyt wysokie stężenie sprawi, że farba będzie bardziej podatna na pękanie lub łuszczenie się po wyschnięciu, co znacznie wpłynie na wrażenia użytkownika.
Wymień klimatyzator
Jak wszyscy wiemy, światło białe to światło o złożonej barwie, a nieprzezroczysty obiekt będzie pochłaniał światło o różnych kolorach i odbijał światło o tej samej barwie, dlatego białe obiekty mają wyższy współczynnik odbicia. Kiedy do malowania dachu używana jest biała farba, może ona w dużym stopniu odbijać ciepło promieniowania słonecznego, skutecznie ograniczając przenoszenie ciepła przez promieniowanie i przenoszenie ciepła przez konwekcję.
Według badania opublikowanego w Geophysical Research Letters z 2010 roku, jeśli dachy domów w mieście zostaną pomalowane idealną białą farbą, symulacja komputerowa wykazała, że może to zmniejszyć efekt wyspy ciepła o 33%, zmniejszyć ogólną temperaturę miasta o 0,4 stopnia i znacznie obniżyć temperaturę w pomieszczeniach, zmniejszając w ten sposób stopień wykorzystania klimatyzatorów i osiągając cel oszczędzania energii i redukcji emisji.
Mikrostruktura powłoki kompozytowej siarczan baru-kwas akrylowy o stężeniu objętościowym 60%
Odblaskowość farby opracowanej przez Purdue University jest znacznie wyższa niż zwykłej farby dostępnej na rynku, co oznacza, że ma lepszy efekt chłodzenia. Naukowcy wykorzystali termoparę do precyzyjnego wykrywania temperatury, aby przetestować skuteczność chłodzenia farby na zewnątrz. W eksperymencie demonstracyjnym farbę tę można stosować w różnych środowiskach. W nocy może sprawić, że pomalowana powierzchnia będzie o 11 stopni niższa niż temperatura otoczenia, a w silnym świetle słonecznym w południe może również schłodzić powierzchnię o 5 stopni niżej niż otaczające środowisko. W dalszych eksperymentach naukowcy odkryli, że nawet w mroźną zimę (temperatura testu wynosiła około 6 stopni) nadal mogła zmniejszyć powierzchnię próbki o 10 stopni, co udowodniło, że farba ma doskonałe właściwości chłodzenia refleksyjnego.
Badacze z Purdue University, Xiulin Ruan i Joseph Peoples, używają kamery na podczerwień do porównania wydajności chłodzenia próbek białej farby na dachu.
W rzeczywistości ten nowy rodzaj ultrabiałej farby powstał pierwotnie w wyniku kaprysu zespołu badawczego. Pierwotnie chcieli użyć ultrabiałej farby, aby zastąpić tradycyjne klimatyzatory do chłodzenia domów. Następnie wprowadzili wiele ulepszeń w oparciu o farbę chłodzącą promieniowanie, opracowaną w latach 70. XX wieku, i przeprowadzili ponad sześcioletnie badania i eksperymenty dotyczące proporcji. Przy wyborze materiału bazowego farby początkowo brano pod uwagę ponad 100 różnych materiałów. Po wielu eksperymentach stopniowo zawęzili zakres do 10. Następnie przeprowadzili testy krzyżowe 50 różnych receptur dla każdej z tych 10 grup materiałów.
Początkowo otrzymali białą farbę na bazie węglanu wapnia, ale węglan wapnia może reagować w ekstremalnych warunkach pogodowych, takich jak kwaśne deszcze, i powodować niszczenie farby, dlatego wprowadzili na rynek farbę na bazie siarczanu baru i specjalnie zoptymalizowano stabilność farby dla złożonych na zewnątrz i ostatecznie wybrał formułę farby kompozytowej siarczanu baru i kwasu akrylowego o stężeniu objętościowym 60%. Pokazuje to również, że węglan wapnia nie jest tak dobry jak siarczan baru pod względem odporności na kwasy i zasady.
Profesor Xiulin Ruan powiedział, że nowy rodzaj wymyślonej przez nich farby jest lepszy od innych dostępnych obecnie na rynku białych farb pod względem współczynnika odbicia światła, właściwości chłodzących i stabilności. Jednocześnie proces produkcyjny jest zgodny ze zwykłymi, dostępnymi na rynku procesami malarskimi, a koszty można kontrolować. Dlatego farba ta ma szerokie perspektywy zastosowania w obniżaniu kosztów chłodzenia pomieszczeń, zwalczaniu efektu wysp miejskich i łagodzeniu globalnego ocieplenia w przyszłości. W wywiadzie dla BBC powiedział również: „Dokonaliśmy bardzo przybliżonych obliczeń, że tylko 1% powierzchni Ziemi (być może niektóre skały na obszarach niezamieszkanych) musi zostać pokryty tą farbą, aby odegrała rolę w walce ze zmianami klimatycznymi pewnym stopniu.”
Zwróć uwagę na wytrącony siarczan baru firmy Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.
Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. ma możliwość wytwarzania różnych produktów z wytrąconego siarczanu baru o średniej wielkości cząstek od 30 nanometrów do 10 mikronów, koncentrując się na dostarczaniu niestandardowych produktów i usług. Warto wspomnieć, że możemy wykonać różne obróbki powierzchni produktów według potrzeb klienta.
Na podstawie badań zespołu profesora Xiulina Ruana wynika, że siarczan baru tworzy najbielszą farbę na świecie, co pokazuje, że wytrącony siarczan baru firmy Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. odgrywa ważną rolę jako dodatek funkcjonalny w zastosowaniach powłokowych. Siarczan baru ma wysoką białość oraz odporność na kwasy i zasady. Otrzymywany jest poprzez łączenie proszków o różnej wielkości cząstek, co pozwala uzyskać powłokę o najszerszym rozproszeniu widmowym i pomóc w uzyskaniu najwyższego współczynnika odbicia. Nazywa się to powłoką odbijającą ciepło.
Inżynierowie Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. stwierdzili również, że dodając wysokie stężenia siarczanu baru i kombinacje cząstek siarczanu baru o różnej wielkości w celu zmniejszenia odstępów między cząstkami i poprawy odbicia, można dodać więcej ze względu na niską wartość absorpcji oleju siarczanu baru. Nasz wytrącony siarczan baru ma wąski rozkład wielkości cząstek i bardziej jednolite cząstki. Efekt będzie lepszy dzięki połączeniu różnych rozmiarów cząstek. Nasz ultrabiały siarczan baru jest bardzo popularny w powłokach wymagających wysokiego połysku, a Extinction Barium Sulfate ma również swoje unikalne cechy w powłokach matowych i półmatowych.
Zespół profesora Xiulin Ruan dokonał wielkich osiągnięć nie tylko w dziedzinie powłok architektonicznych, ale także farb w sprayu do samochodów, samolotów i statków kosmicznych. Siarczan baru może zwiększać zawartość substancji stałych i redukować LZO, co może pomóc w zmniejszeniu zużycia klimatyzacji, a ponieważ te systemy klimatyzacji zużywają paliwo, może również pomóc w oszczędzaniu benzyny. W przypadku powlekania dodanie wytrąconego siarczanu baru, materiału funkcjonalnego, może przeciwdziałać globalnemu ociepleniu, utrzymując powierzchnię na tyle chłodną, aby zmniejszyć potrzebę stosowania klimatyzacji wewnętrznej.
