24 مه 2024 -توسط موسسه فناوری کارلسروهه-خنک کننده، انتقال نور و بدون تابش خیره کننده: این ماده جدید چندین ویژگی منحصر به فرد را با هم ترکیب می کند. اعتبار: گان هوانگ، KIT
محققان مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT) یک ماده مبتنی بر پلیمر با خواص منحصر به فرد را در مجله Nature Communications معرفی کردند. این ماده به نور خورشید اجازه ورود می دهد، آب و هوای داخلی راحت تری را بدون انرژی اضافی حفظ می کند و مانند برگ نیلوفر آبی خود را تمیز می کند. توسعه جدید می تواند در آینده جایگزین اجزای شیشه ای در دیوارها و سقف ها شود. تیم تحقیقاتی با موفقیت این مواد را در تست‌های فضای باز در پردیس KIT آزمایش کرده است.
به حداکثر رساندن نور طبیعی در ساختمان ها رایج است و می تواند در هزینه های انرژی صرفه جویی کند. با این حال، سقف ها و دیوارهای شیشه ای سنتی نیز مشکلاتی مانند تابش خیره کننده، عدم حفظ حریم خصوصی و گرم شدن بیش از حد را به همراه دارند. راه حل های جایگزین، مانند پوشش ها و مواد پخش کننده نور، هنوز راه حل جامعی ارائه نکرده اند.
محققان مؤسسه فناوری ریزساختار (IMT) و مؤسسه فناوری نور (LTI) در KIT اکنون یک فراماده جدید مبتنی بر پلیمر توسعه داده‌اند که خواص مختلفی را با هم ترکیب می‌کند و می‌تواند در آینده جایگزین اجزای شیشه‌ای در ساخت و ساز شود.
این فراماده چند منظوره میکرو فوتونیک مبتنی بر پلیمر (PMMM) از هرم های میکروسکوپی ساخته شده از سیلیکون تشکیل شده است. اندازه این ریزهرم ها حدود 10 میکرومتر است که تقریباً یک دهم قطر یک مو است. این طراحی چندین عملکرد را به فیلم PMMM می دهد: انتشار نور، خود تمیز شوندگی و خنک کننده تابشی در حالی که سطح شفافیت بالایی را حفظ می کند.
پروفسور برایس اس. ریچاردز، توضیح می دهد: “یک ویژگی کلیدی، توانایی تابش موثر گرما از طریق پنجره انتقال امواج مادون قرمز با موج بلند جو زمین است که گرما را به وسعت سرد کیهان آزاد می کند. این امکان خنک سازی تابشی غیرفعال را بدون مصرف برق در IMT و LTI.فراهم می کند.”
در آزمایشگاه و در آزمایش‌هایی که در آسمان‌های باز در شرایط واقعی در فضای باز انجام شد، محققان ویژگی‌های این ماده را آزمایش کردند و با استفاده از اسپکتروفتومتری مدرن، میزان عبور نور، پراکندگی نور، ویژگی‌های انعکاس، توانایی خود تمیز شوندگی و عملکرد خنک‌کننده آن را اندازه‌گیری کردند.
آزمایش ها به خنک سازی 6 درجه سانتی گراد در مقایسه با دمای محیط دست یافتند. علاوه بر این، این ماده گذردهی طیفی یا شفافیت بالای 95٪ را نشان داد. در مقایسه، شیشه معمولاً دارای شفافیت 91٪ است. در همان زمان، ساختار میکرو هرم 73 درصد از نور خورشید ورودی را پراکنده می کند و در نتیجه ظاهری تار ایجاد می کند.
هنگامی که این ماده در سقف ها و دیوارها استفاده می شود، فضاهای داخلی روشن و در عین حال بدون تابش و محافظت از حریم خصوصی را برای کار و زندگی فراهم می کند. در گلخانه ها، ضریب عبور نور بالا می تواند عملکرد را افزایش دهد زیرا بازده فتوسنتز 9 درصد برآورد می شود. گان هوانگ، رهبر گروه در IMT، می‌گوید که بالاتر از گلخانه‌هایی با سقف شیشه‌ای است.
ریزهرم ها همچنین به فیلم PMMM خاصیت ابرآب گریز می دهند، شبیه به برگ نیلوفر آبی: آب به صورت قطرات دانه ای می ریزد و خاک و گرد و غبار را از سطح پاک می کند. این عملکرد خود تمیز شونده باعث می شود که نگهداری آسان و بادوام مواد باشد.
ریچاردز توضیح می‌دهد: «مواد تازه توسعه‌یافته ما پتانسیل استفاده در زمینه‌های مختلف را دارد و کمک قابل توجهی به معماری پایدار و کارآمد می‌کند.
هوانگ می گوید: “این ماده می تواند به طور همزمان استفاده از نور خورشید را در داخل خانه بهینه کند، خنک کننده غیرفعال را فراهم کند و وابستگی به تهویه مطبوع را کاهش دهد. این راه حل مقیاس پذیر است و می تواند به طور یکپارچه در برنامه های ساخت و ساز ساختمان های سازگار با محیط زیست و توسعه شهری ادغام شود.”
