این لایه نازک گیاهی ساختمان ها را خنک می کند

دانشمندان دانشگاه کمبریج یک لایه نازک گیاهی ابداع کرده‌اند که وقتی در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد خنک‌تر می‌شود.

به گزارش تکناک، از این رو این نوع آوری برای خنک کردن ساختمان‌ها یا اتومبیل‌ها در آینده بدون نیاز به منبع انرژی خارجی می تواند به کار رود.

تابستان نزدیک است و با خود دمای بالاتری را به ارمغان می آورد و بسیاری از ما را وادار می کند تا در روزهای گرم تهویه هوا را روشن کنیم.

نقطه ضعف تهویه های مطبوع این است که واحدهای انرژی را می بلعند و می توانند گازهای گلخانه ای ساطع کنند که به گرمایش جهانی بیشتر کمک می کند. از این رو، علاقه زیادی به ارائه جایگزین های سازگار با محیط زیست وجود دارد.

روش جدید عرضه شده یک راهکار برای حل نسبی این مشکل ایست. اصطلاح فنی برای این رویکرد خنک‌سازی تابشی غیرفعال در روز (PDRC) است که به این دلیل نام‌گذاری شده است که برای پراکندگی گرما نیازی به تزریق انرژی به سیستم ندارد. این لایه نازک گرمای خود را به فضای اطراف منتشر می کند بدون اینکه توسط هوا یا جو جذب شود و در نتیجه سطح چندین درجه خنک تر از هوای اطراف بدون نیاز به انرژی الکتریکی می شود.

کینگچن شن در یک کنفرانس مطبوعاتی گفت: ما می دانیم که انتقال حرارت خود به خودی بین اجسام با دماهای مختلف وجود دارد. فن‌آوری خنک‌کننده آن‌ها از این انتقال حرارتی با پیچ و تاب استفاده می‌کند. بیشتر مواد PDRC (رنگ‌ها، غشاهای نازک و غیره) سفید هستند یا دارای روکش آینه‌ای هستند تا به انعکاس وسیع نور خورشید دست یابند. رنگدانه ها یا رنگ ها با این شرایط تداخل دارند زیرا طول موج های خاصی از نور را جذب می کنند و فقط رنگ های خاصی را منعکس می کنند و در نتیجه انرژی نور را به گرما تبدیل می کنند.

فیلم های ساخته شده توسط شن و همکاران رنگی است، اما رنگ ساختاری آن به شکل نانو کریستال است و با افزودن رنگدانه یا رنگ بدست نیامده است. بنابراین می توان رنگ را بدون به خطر انداختن راندمان خنک کننده غیرفعال اضافه کرد.

همانطور که قبلاً گزارش شده است، برای مثال، رنگ‌های رنگین کمانی روشن در بال‌های پروانه، حباب‌های صابون یا پوسته‌های سوسک، از هیچ مولکول رنگدانه‌ای ناشی نمی‌شوند، بلکه از نحوه ساختار بال‌ها ناشی می‌شوند، نمونه‌ای طبیعی که فیزیکدانان آن را بلورهای فوتونی می‌نامند. در طبیعت، فلس های کیتین (پلی ساکارید مشترک حشرات) مانند تکه های کاشی چیده شده اند. اساساً، آنها یک توری پراش (انکسار) را تشکیل می دهند، بر خلاف کریستال های فوتونی که فقط رنگ ها یا طول موج های خاصی از نور را تولید می کنند، یک شبکه پراش کل طیف را تولید می کند و بسیار شبیه به یک منشور هستند. بلورهای فوتونیک که به عنوان مواد شکاف نوار فوتونیک نیز شناخته می‌شوند، قابل تنظیم هستند، به این معنی که دقیقاً دستور داده شده‌اند تا طول موج‌های خاصی از نور را مسدود کنند در حالی که به دیگران اجازه عبور می‌دهند. ساختار را با تغییر اندازه کاشی ها تغییر دهید و کریستال ها به طول موج های مختلف حساس می شوند.

دانشمندان می توانند مواد رنگی ساختاری خود را در آزمایشگاه بسازند، اما افزایش مقیاس برای کاربردهای تجاری بدون به خطر انداختن دقت نوری می تواند چالش برانگیز باشد. بنابراین ایجاد رنگ‌های ساختاری مانند رنگ‌هایی که در طبیعت یافت می‌شوند، یک حوزه فعال تحقیقات مواد است.

به عنوان مثال، سال گذشته، دانشمندان موسسه فناوری ماساچوست از یک تکنیک عکاسی هولوگرافیک قرن نوزدهمی را که توسط فیزیکدان گابریل لیپمن ابداع شده بود، اقتباس گرفتند تا لایه های نازک آفتاب‌پرست مانندی بسازند که با کشیده شدن تغییر رنگ می‌دهند. این لایه های نازک برای ساخت باندهایی که در پاسخ به فشار تغییر رنگ می‌دهند، ایده‌آل هستند و به متخصصان پزشکی اطلاع می‌دهند که آیا زخم را خیلی محکم پانسمان میکنند؟ این آگاهی عامل مهمی در درمان بیماری‌هایی مانند زخم‌های وریدی، زخم‌های فشاری، لنفودم و جای زخم است. بچه‌ها دوست دارند باندهایی بپوشند که تغییر رنگ می‌دهند، این شرایط برای پزشکان اطفال موهبتی فراهم می‌کند. علاهوه بر این توانایی ساخت ورقه های بزرگ از مواد، کاربردهایی را در پوشاک و لباس های ورزشی باز می کند.

یک ماده PDRC خوب باید در طول روز خنک‌تر از هوای اطراف خود بماند، به این معنی که باید مقدار زیادی نور خورشید را بدون جذب آن منعکس کند. شن و همکارانش تصمیم گرفتند از مواد گیاهی برای فیلم های رنگین کمانی خنک کننده غیرفعال خود، به ویژه سلولز، استفاده کنند. شن در مورد ماده انتخابی گفت: سلولز فراوان ترین پلیمر در طبیعت است. سلولز را به راحتی می توانید در چوب یا پنبه پیدا کنید. سلولز به عنوان یک ماده طبیعی پایدار و زیست سازگار است، تقریباً انرژی خورشیدی را جذب نمی کند و انتشار حرارتی بسیار بالایی در نوار مادون قرمز دارد. این ویژگی ها برای دستیابی به خنک کننده تابشی حیاتی هستند.

فوت و فن این است که از دو لایه مجزا با عملکردهای مختلف استفاده کنید. یک لایه از نانو کریستال های سلولز تشکیل شده است که می تواند از منابع تجدیدپذیر مانند چوب استخراج شود. پس از استخراج، نانوکریستال‌ها در آب پراکنده می‌شوند و با تبخیر آب، نانوکریستال‌ها به خودی خود به یک ساختار بلوری فوتونی تبدیل می‌شوند. بنابراین، غشاء به‌دست‌آمده نور مرئی را در طول موج‌های خاصی منعکس می‌کند تا رنگ‌های زیبایی به دست آید در این مورد، سبز روشن و آبی است. اگرچه شن گفت که می‌توان تعلیق نانو کریستال سلولز را برای دریافت رنگ‌های دیگری مانند قرمز تنظیم کرد.

لایه دوم از اتیل سلولز متخلخل ساخته شده است که هر نوری را که بتواند به لایه نانوبلور سلولز نفوذ کند پراکنده می کند. بین دو لایه، یکی از آن ها رنگ و هم خواص بازتاب خورشیدی پهنای باند مورد نیاز برای PDRC را دریافت می کند. هنگامی که شن و همکاران. با اندازه‌گیری عملکرد لایه های رنگی خود در زیر نور خورشید، دریافتند که لایه ها تقریباً 40 درجه فارنهایت خنک‌تر از هوای اطراف هستند و یک متر مربع لایه حدود 120 وات قدرت خنک‌کننده تولید می‌کند که با یک واحد تهویه مطبوع خانگی متوسط قابل مقایسه است.

محققان مطمئن هستند که فرآیند تولید آنها می تواند به اندازه کافی برای کاربردهای تجاری افزایش یابد و با استفاده از یک خط تولید استاندارد ساخته شود. علاوه بر استفاده برای خنک‌کردن غیرفعال ساختمان‌ها و اتومبیل‌ها این فیلم‌ها می‌توانند به عنوان حسگرهایی برای تشخیص تغییرات در سطح آب و هوا یا آلودگی نیز به کار روند.

مانند آنچه در انواع مختلف روکش های چوبی یافت می شود، این تیم همچنین در حال آزمایش برای افزودن بافت و طرح به لایه اتیل سلولز خود هستند، که می تواند آنها را برای استفاده در خانه ها یا ساختمان های دیگر جذاب تر کند.