Der Kältestoß einer Klimaanlage kann bei steigenden Temperaturen eine willkommene Erleichterung sein, aber „Klimaanlagen“-Einheiten benötigen große Mengen an Energie und können starke Treibhausgase freisetzen. Heute berichten Wissenschaftler über eine umweltfreundliche Choice – eine Folie auf Pflanzenbasis, die bei Sonneneinstrahlung kühler wird und in einer Vielzahl von Texturen und leuchtenden, schillernden Farben erhältlich ist. Das Subject matter könnte eines Tages Gebäude, Automobiles und andere Strukturen kühl halten, ohne dass externe Energie benötigt wird.
Die Forscher stellen ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS) vor.
„Um Materialien herzustellen, die tagsüber kühler bleiben als die Luft um sie herum, braucht guy etwas, das viel Sonnenlicht reflektiert und es nicht absorbiert, was once Energie aus dem Licht in Wärme umwandeln würde“, sagt Silvia Vignolini, Ph. D., der Hauptforscher des Projekts. „Es gibt nur wenige Materialien, die diese Eigenschaft haben, und das Hinzufügen von Farbpigmenten würde normalerweise ihre kühlende Wirkung zunichte machen“, fügt Vignolini hinzu.
Passive Tagesstrahlungskühlung (PDRC) ist die Fähigkeit einer Oberfläche, ihre eigene Wärme an den Weltraum abzugeben, ohne dass sie von der Luft oder Atmosphäre absorbiert wird. Das Ergebnis ist eine Oberfläche, die ohne elektrische Energie mehrere Grad kälter werden kann als die Luft um sie herum. Bei der Verwendung an Gebäuden oder anderen Strukturen können Materialien, die diesen Effekt fördern, dazu beitragen, den Einsatz von Klimaanlagen und anderen energieintensiven Kühlmethoden einzuschränken.
Einige Farben und Filme, die sich derzeit in der Entwicklung befinden, können PDRC erreichen, aber die meisten von ihnen sind weiß oder haben eine spiegelnde Oberfläche, sagt Qingchen Shen, Ph.D., der die Arbeit auf dem Treffen vorstellt. Sowohl Vignolini als auch Shen sind an der Cambridge College (UK). Aber ein Bauherr, der eine blaue PDRC-Farbe verwenden wollte, hätte Pech – Farbpigmente absorbieren in line with Definition bestimmte Wellenlängen des Sonnenlichts und reflektieren nur die Farben, die wir sehen, was once zu unerwünschten Erwärmungseffekten im Prozess führt.
Aber es gibt eine Möglichkeit, Farbe ohne die Verwendung von Pigmenten zu erzielen. Seifenblasen beispielsweise zeigen auf ihrer Oberfläche ein Prisma unterschiedlicher Farben. Diese Farben resultieren aus der Artwork und Weise, wie Licht mit unterschiedlichen Dicken des Blasenfilms interagiert, ein Phänomen, das als Strukturfarbe bezeichnet wird. Ein Teil von Vignolinis Forschung konzentriert sich darauf, die Ursachen für verschiedene Arten von Strukturfarben in der Natur zu identifizieren. In einem Fall fand ihre Gruppe heraus, dass Zellulose-Nanokristalle (CNCs), die aus pflanzlicher Zellulose gewonnen werden, ohne Zusatz von Pigmenten zu schillernden, farbenfrohen Filmen verarbeitet werden können.
Wie sich herausstellt, ist Zellulose auch eines der wenigen natürlich vorkommenden Materialien, die PDRC fördern können. Vignolini erfuhr dies, nachdem er einen Vortrag von den ersten Forschern gehört hatte, die ein Kühlfilmmaterial hergestellt hatten. „Ich dachte, wow, das ist wirklich erstaunlich, und ich hätte nie wirklich gedacht, dass Zellulose das kann.“
In einer neueren Arbeit haben Shen und Vignolini bunte CNC-Materialien mit einem weißen Subject matter aus Ethylzellulose geschichtet und so einen bunten zweischichtigen PDRC-Movie hergestellt. Sie machten Filme mit lebhaften blauen, grünen und roten Farben, die im Sonnenlicht durchschnittlich rapid 40 F kühler waren als die Umgebungsluft. Ein Quadratmeter der Folie erzeugte über 120 Watt Kühlleistung und konkurrierte mit vielen Arten von Klimaanlagen in Wohngebäuden. Der herausforderndste Aspekt dieser Forschung, sagt Shen, struggle es, einen Weg zu finden, die beiden Schichten zusammenzuhalten – die CNC-Folien an sich waren spröde, und die Ethylzelluloseschicht musste plasmabehandelt werden, um eine gute Haftung zu erzielen. Das Ergebnis waren jedoch Folien, die powerful waren und mehrere Meter am Stück in einer Same old-Fertigungslinie hergestellt werden konnten.
Seit der Erstellung dieser ersten Filme haben die Forscher ihr ästhetisches Erscheinungsbild verbessert. Unter Verwendung einer Methode, die von zuvor von der Gruppe erforschten Ansätzen modifiziert wurde, stellen sie Kühlfolien auf Zellulosebasis her, die glitzernd und farbenfroh sind. Sie haben auch die Ethylzellulosefolie so angepasst, dass sie unterschiedliche Texturen aufweist, wie die Unterschiede zwischen den Arten von Holzoberflächen, die in der Architektur und im Innendesign verwendet werden, sagt Shen. Diese Änderungen würden den Menschen mehr Möglichkeiten geben, PDRC-Effekte in ihre Häuser, Geschäfte, Automobiles und andere Strukturen zu integrieren.
Die Forscher wollen nun Wege finden, wie sie ihre Filme noch funktionaler machen können. Laut Shen können CNC-Materialien als Sensoren verwendet werden, um Umweltschadstoffe oder Wetteränderungen zu erkennen, was once in Kombination mit der Kühlleistung ihrer CNC-Ethylzellulosefolien nützlich sein könnte. Beispielsweise könnte ein kobaltfarbener PDRC an einer Gebäudefassade in einem verkehrsreichen Stadtgebiet eines Tages das Gebäude kühl halten und Detektoren integrieren, die Beamte auf höhere Konzentrationen von Smog-verursachenden Molekülen in der Luft aufmerksam machen würden.
Die Forscher danken der Purdue College, der American Society of Mechanical Engineers, dem Eu Analysis Council, dem Engineering and Bodily Sciences Analysis Council, dem Biotechnology and Organic Sciences Analysis Council, der Europäischen Union und der Shanghai Jiao Tong College für Unterstützung und Finanzierung.