Bugün öğrendim ki: Çoğu uçağın yakıt tasarrufu sağlamak ve güneş ışığını yansıtarak uçağı daha serin tutmak ve klima ihtiyacını azaltmak için beyaz boyandığı
Dünyanın en beyaz boyası, güneş ışığının yaklaşık %98'ini yansıtabilir ve dış mekan yüzeylerini ortam sıcaklığının 4,5 derece altında soğutur.
Zaten dünyanın en beyaz boyası olan bu Purdue Üniversitesi ürünü artık %80 daha ince.
Şimdi araştırma ekibi, boyanın ticarileştirilmesi üzerinde çalışıyor.
Dünyanın en beyaz boyası, güneş ışığını yansıtan pigmentini uçakları, arabaları ve trenleri süsleyecek kadar hafif hale getirerek daha da inceldi.
2021 yılında Purdue Üniversitesi'nde mekanik mühendisliği profesörü olan Xiulin Ruan, güneş ışığının %98,1'ini yansıtan baryum sülfat nanopartikülleri kullanarak dünyanın en beyaz boyasını geliştirdi. Bu, dış mekan yüzeylerini ortam sıcaklığının 4,5 dereceden fazla altında soğutmaya yardımcı oldu; bu da klima ihtiyacını azaltmak için yeterince soğuktu.
🎨 Bilim, çevremizdeki dünyayı açıklıyor. Her şeyin anlamını çıkarmanıza yardımcı olacağız — Pop Mech Pro'ya katılın.
Ancak boyayı binaların ötesinde pratik hale getirmek için, dünyanın en beyaz boyasının bir yükseltmeye ihtiyacı vardı. Ruan, Popular Mechanics'e bunun "çok daha ince ve hafif" hale getirildiğini ve bunun "kalınlık ve ağırlığa duyarlı uygulamalar için tercih edilen formül" olacağını düşünüyor. Bunlara otomobiller, kamyonlar, trenler, uçaklar, uzay araçları, taşınabilir elektronik cihazlar ve giyilebilir cihazlar dahildir.
İlk yineleme, mümkün olan en soğuk beyaz boya üzerinde odaklandı. Ruan, "Ortam sıcaklığının altındaki bu seviyede radyatif soğutmayı elde etmek için en az 400 mikron kalınlığında bir boya tabakası uygulamak zorunda kaldık" diye açıklıyor. "Bir binanın çatısı gibi sağlam bir sabit yapıyı boyuyorsanız bu sorun değil. Ancak kesin boyut ve ağırlık gereksinimleri olan uygulamalarda boyanın daha ince ve hafif olması gerekir."
Bu nedenle, Purdue ekibi yaptığı şeyi yaptı: araştırma. Bilim insanları, güneş ışığını dağıtmak için ek malzemelerle deneyler yaptı ve çoğunlukla yağlayıcılarda kullanılan bir madde olan altıgen bor nitrürünü pigment olarak içeren nanoporoz bir boya formülasyonu ile sonuçlandı. Yeni boya, güneş ışığının yansıtılan yüzdesinde hafif bir azalma ( %97,9'a) olsa da, neredeyse aynı güneş yansıtma ölçütüne ulaşıyor. Yine de, boya yalnızca 150 mikronluk tek bir tabaka gerektiriyor; önemli ölçüde daha ince.
Ruan, "Kalınlığı azaltmak için, güneş ışığına daha güçlü saçılma yeteneklerine sahip malzemelere ihtiyacımız var, bu da daha yüksek kırılma indisi gerektiriyor" diyor. "Ancak, yüksek kırılma indisine sahip malzemeler genellikle güneş radyasyonunun ultraviyole kısmını emer, yani daha fazla güneş ısısı emer. Bu bir ikilem yaratır."
Ekip, çeşitli malzeme karışımlarını düşündü ve Ruan, altıgen bor nitrürün, UV ışığının emilmediği, ancak kırılma indisinin hala oldukça yüksek olduğu yararlı bir uzlaşma sunduğunu söylüyor. "Dahası," diyor, "hBN hakkında bulduğumuz ek bir avantaj, plaka şeklinin güneş ışığını geri yansıtmaya da yardımcı olmasıdır."
Proje üzerinde çalışan bir doktora öğrencisi olan Ioanna Katsamba, bilgisayar modellemesiyle, "nanoplakaların, önceki soğutma boyalarında kullanılan küresel nanopartiküllerden güneş radyasyonunu geri yansıtmada daha etkili olduğunu" buldu.
Purdue Üniversitesi araştırmacıları, dünyanın en beyaz boyası için yeni bir formül yaratarak daha ince ve hafif hale getirdiler. Önceki yineleme (solda), alt ortam radyant soğutmasını elde etmek için 0,4 milimetre kalınlığında bir tabaka gerektiriyordu. Yeni formülasyon, sadece 0,15 milimetre kalınlığındaki bir tabaka ile benzer soğutmayı sağlayabilir. Bu, radyant soğutma etkilerinin otomobiller, trenler ve uçaklar gibi araçlara uygulanması için yeterince ince ve hafiftir.
Hava boşlukları eklenerek nanoskopik ölçekte gözenekli hale getirilmesiyle, dünyanın en beyaz boyası daha düşük bir yoğunluğa ulaştı; başlangıçtaki baryum sülfat versiyonundan %80 daha hafif. Salı günü, ekip güncellenmiş araştırmasını Cell Reports Physical Science dergisinde yayınladı.
Çalışmaya dahil olan Purdue'de mekanik mühendisliği profesörü George Chiu, bir basın bülteninde, "Bu hafiflik, her türlü uygulamaya kapıları açıyor" diyor. "Artık bu boyanın uçakların, arabaların veya trenlerin dışını soğutma potansiyeli var. Sıcak bir yaz gününde pistte oturan bir uçağın içini soğutmak için klimasını o kadar çalıştırmak zorunda kalmayacak, böylece büyük miktarda enerji tasarrufu sağlayacaktır. Uzay araçlarının da mümkün olduğunca hafif olması gerekir ve bu boya bunun bir parçası olabilir."
"Diğer soğutma yöntemlerinin aksine, bu boya tüm ısıyı uzayın derinliklerine yayar, bu da gezegenimizi doğrudan soğutur. Bir boyanın tüm bunları yapabilmesi oldukça şaşırtıcı."
Yansıtıcı bir fayda üretmek için boyayı beyazlatma konsepti 1970'lerden beri var ve Purdue projesi altı yıllık bir çalışmanın doruk noktasıydı. Tipik ticari beyaz boyalar daha sıcak, daha soğuk olmaz ve ısıyı reddetmek için tasarlanmış boyalar bile güneş ışığının yalnızca %80 ila %90'ını yansıtır ve yüzeyleri çevrelerinden daha soğuk hale getiremez.
Ruan, "Bu boyayı kullanmak, yüzeyleri soğutmaya ve klima ihtiyacını büyük ölçüde azaltmaya yardımcı olacaktır" diyor. "Bu sadece para tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda enerji kullanımını da azaltır, bu da sera gazı emisyonlarını azaltır. Ve diğer soğutma yöntemlerinin aksine, bu boya tüm ısıyı uzayın derinliklerine yayar, bu da gezegenimizi doğrudan soğutur. Bir boyanın tüm bunları yapabilmesi oldukça şaşırtıcı."
Uçaklar gibi gerçek dünya uygulamalarına yeni boyayı uygulamak hala devam eden bir çalışma, ancak Purdue araştırmacıları bunu gerçeğe dönüştürmenin yolunda (ve önemlisi, boyanın patentlerini aldılar).
Ruan, ilk formülasyonun binalara ulaşacağına ve yeni, daha hafif versiyonun muhtemelen ilk olarak otomotiv endüstrisinde görüleceğine inanıyor. "Bununla ilgilenen araba ve kamyon şirketlerimiz var" diyor. "Uçaklar ve uzay aracı uygulamaları daha sert ortamlardadır ve muhtemelen daha fazla geliştirmeye ihtiyaç vardır."
Boya ticarileşme sürecine devam ettikçe, yükseltmeler durmayacak. Ekip, boyaların uzun süreli dayanıklılığını test ederken ve iyileştirirken, uçucu organik bileşiklerin kullanımını daha da en aza indirmeyi hedefliyor.