Síran bárnatý vytvára najbelšiu farbu na svete

Xiulin Ruan, profesor strojárstva z Purdue University, a jeho študenti vytvorili najbelšiu farbu v histórii

 

Profesor Xiulin Ruan zo strojárskeho inžinierstva na Purdue University a jeho študenti kedysi vytvorili najbelšiu farbu, aká bola kedy zaznamenaná, ktorá je teraz zaradená do Guinessovej knihy svetových rekordov. Táto ultrabiela farba dokáže odrážať až 98,1 % viditeľného svetla a vďaka svojej silnej odrazivosti môže dokonca vyžarovať infračervené teplo z natretého povrchu a má vynikajúci radiačný chladiaci výkon.

 

Xiulin Ruan drží vo svojom laboratóriu vzorku najbelšej farby v zázname

 

Biela je farba, ktorá obsahuje všetky farby v spektre. Je to farba s najvyšším jasom, s ktorou prichádzame do styku v každodennom živote a je to aj špeciálna farba. Nedá sa miešať s inými farbami. Je to najdrahšia a najcennejšia existencia v škatuľke s farbami študentov umenia. Je tiež pomerne drahý medzi lakmi na autá v spreji a priemyselnými nátermi.

 

Existuje veľa dôvodov na zvýšenie „hodnoty“ bielej. Vezmite si ako príklad bielu farbu bežne používanú v priemysle. V porovnaní s inými farbami je jeho farba výraznejšie ovplyvnená nečistotami, takže proces čistenia bude komplikovanejší. Zároveň sa biela farba ľahko oxiduje a zožltne. Technickými ťažkosťami sú aj to, aké materiály zvoliť a ako stabilizovať jeho matricu.

 

Skrátka, čím je farba belšia, tým je jej výroba náročnejšia. Vedci však nikdy neprestali prenasledovať to najlepšie, rovnako ako ľudia vytvorili najčiernejšiu čiernu „Vanta Black“, ktorá dokáže absorbovať 99,9 % viditeľného svetla. Naproti tomu je tu muž, ktorý je tiež posadnutý snahou o ultimátnu bielu. Po viac ako šiestich rokoch tvrdej práce jeho a jeho tímu sa mu to nedávno podarilo. Je ním profesor Ruan Xiulin z Purdue University v Spojených štátoch. Nedávno viedol svoj tím k vytvoreniu najbelšej bielej farby v histórii ľudstva. Táto ultrabiela farba dokáže odrážať až 98,1 % viditeľného svetla, pričom zároveň vyžaruje infračervené teplo z natretého povrchu a má vynikajúci radiačný chladiaci výkon.

 

Infračervená kamera ukazuje, ako vzorka najbelšej bielej farby (tmavofialový štvorec v strede) skutočne ochladzuje dosku pod okolitú teplotu, čo nerobia ani komerčné farby „odpudzujúce teplo“.

 

Od nástupu na Purdue University v roku 2008 sa profesor Xiulin Ruan venuje výskumu v oblasti energetického a termofyzikálneho inžinierstva. Po nedávnom zverejnení výsledkov výskumu superbielej farby prijal rozhovory z mnohých médií a hovoril o tom, že ak sa táto farba nanesie na približne 1,000 štvorcový palec strechy, interiér domu môže získať 10 kilowattov chladiaci výkon, dokonca chladnejší ako väčšina domov s centrálnou klimatizáciou.

 

Predtým bolo veľmi ťažké dosiahnuť efektívne pasívne (radiačné) chladenie. V súčasnosti je pomerne pokročilým riešením použitie zložitých viacvrstvových štruktúr alebo reflexných kovových vrstiev, čo však obmedzuje ich uplatnenie v mnohých oblastiach. Ďalším je dosiahnutie pasívneho chladenia farbou, ale odrazivosť väčšiny bielych farieb, ktoré sa v súčasnosti používajú, je stále v rozsahu 80 %-90 % a nízka odrazivosť sťažuje udržiavanie chladného povrchu. To si vyžaduje natieranie veľmi hrubej vrstvy farby, ktorá je nielen nehospodárna, ale aj veľmi ľahko tvrdnúca a jej rozsah použitia je úzky a môže fungovať len za určitých špecifických poveternostných podmienok.

 

Na vyriešenie tohto problému výskumný tím vynašiel biely povlak na báze uhličitanu vápenatého s odrazivosťou 95,5 %. Teraz nový nanokompozitný ultrabiely povlak na báze síranu bárnatého, ktorý vynašli, nepochybne podporil vývoj technológie pasívneho chladenia vo väčšej miere. Ich článok bol publikovaný ako titulný článok v časopise "American Chemical Society Applied Materials & Interfaces".

 

"bieliace" tajomstvá

Táto superbiela farba má dve bieliace „tajomstvá“. Jedným z nich je vysoká koncentrácia síranu bárnatého pridaného do matrice farby. Táto zlúčenina má vysoký elektronický pásový rozdiel, nízku absorpciu slnečného žiarenia a vysokú odrazivosť. Často sa používa ako plnivo na zmenu konzistencie a pridáva sa do niektorých bielych farieb. Môže sa použiť aj ako bieliaci prostriedok a pridať na fotopapier a kozmetiku.

Výskumníci testovali veľké množstvo bielych predmetov na trhu a zistili, že pridanie síranu bárnatého môže skutočne výrazne zvýšiť odrazivosť predmetu, to znamená, že bude vyzerať belšie; druhým je, že častice síranu bárnatého vo vnútri farby majú rôznu veľkosť a majú veľký rozsah kolísania veľkosti častíc. Miera, do akej každá častica rozptyľuje svetlo, kolíše s veľkosťou jej častíc, takže čím väčšia je distribúcia rozsahu veľkosti častíc častíc vo vnútri farby, tým viac viditeľného svetla môže farba rozptýliť.

Superpozičný efekt týchto dvoch „tajomstiev“ vysokej koncentrácie a rôznych veľkostí častíc spôsobuje, že táto nová farba má extrémne vysokú odrazivosť. Samozrejme, koncentrácia síranu bárnatého nemôže byť príliš vysoká. Hoci vysoká koncentrácia pomáha urobiť farbu belšou, príliš vysoká koncentrácia tiež spôsobí, že farba po zaschnutí popraská alebo sa odlupuje, čo výrazne ovplyvní používateľský zážitok.

 

Vymeňte klimatizáciu

Ako všetci vieme, biele svetlo je svetlo so zložitou farbou a nepriehľadný predmet bude absorbovať rôzne farby svetla a odrážať rovnakú farbu svetla, takže biele predmety majú vyššiu odrazivosť. Ak sa na natretie strechy použije biela farba, môže do značnej miery odrážať slnečné sálavé teplo, čím sa účinne znižuje prenos tepla sálaním a prenos tepla konvekciou.

Podľa štúdie v Geophysical Research Letters v 2010, ak sú strechy domov v meste natreté ideálnou bielou farbou, počítačová simulácia zistila, že to môže znížiť efekt tepelného ostrova o 33 %, znížiť celkovú teplotu mesta o 0,4 stupňa a výrazne znížiť vnútornú teplotu, čím sa zníži miera používania klimatizácií a dosiahne sa účel úspory energie a zníženia emisií.

 

Mikroštruktúra kompozitného povlaku síran bárnatý-kyselina akrylová s objemovou koncentráciou 60 %

 

Odrazivosť farby vyvinutej Purdue University je oveľa vyššia ako u bežných komerčných farieb, čo znamená, že má lepší chladiaci účinok. Výskumníci použili termočlánkové vysoko presné zariadenie na detekciu teploty na testovanie chladiaceho výkonu farby vonku. V demonštračnom experimente je možné túto farbu použiť v rôznych prostrediach. V noci dokáže natretý povrch znížiť o 11 stupňov oproti okolitej teplote a pri silnom slnečnom svetle na poludnie môže povrch ochladiť aj o 5 stupňov nižšie ako okolité prostredie. V ďalších experimentoch výskumníci zistili, že aj v chladnom zimnom prostredí (testovacia teplota bola asi 6 stupňov) stále dokáže zmenšiť povrch vzorky o 10 stupňov, čo dokázalo, že farba má vynikajúci reflexný chladiaci výkon.

 

Výskumníci z Purdue University Xiulin Ruan a Joseph Peoples používajú infračervenú kameru na porovnanie chladiaceho výkonu vzoriek bielej farby na streche.

 

V skutočnosti tento nový typ ultrabielej farby pôvodne pochádzal z rozmaru výskumného tímu. Pôvodne chceli ultrabielou farbou nahradiť tradičné klimatizácie na chladenie domu. Potom urobili mnoho vylepšení na základe radiačne chladiacej farby vyvinutej v 70-tych rokoch minulého storočia a vykonali viac ako šesťročný pomerový výskum a experimenty. Pre výber základného materiálu farby spočiatku zvažovali viac ako 100 rôznych materiálov. Po množstve experimentov postupne zúžili rozsah na 10. Potom vykonali krížové testy 50 rôznych vzorcov pre každú z týchto 10 skupín materiálov.

 

Pôvodne získali bielu farbu na báze uhličitanu vápenatého, ale uhličitan vápenatý môže v extrémnom počasí, ako je kyslý dážď, reagovať a spôsobiť zhoršenie kvality farby, preto uviedli na trh farbu na báze síranu bárnatého a špecificky optimalizovali stabilitu farby pre komplexné vonkajšie prostredie a nakoniec zvolili kompozitnú farbu síran bárnatý-kyselina akrylová s objemovou koncentráciou 60 %. To tiež ukazuje, že uhličitan vápenatý nie je taký dobrý ako síran bárnatý v odolnosti voči kyselinám a zásadám.

 

Profesor Xiulin Ruan povedal, že nový typ farby, ktorú vynašli, je lepší ako ostatné komerčné biele farby, ktoré sa v súčasnosti používajú, pokiaľ ide o odrazivosť, chladiaci výkon a stabilitu. Zároveň je jeho výrobný proces kompatibilný s bežnými komerčnými procesmi lakovania a náklady sú kontrolovateľné. Preto má táto farba široké uplatnenie pri znižovaní nákladov na chladenie priestoru, v boji proti efektom mestských ostrovov a pri zmierňovaní globálneho otepľovania v budúcnosti. V rozhovore pre BBC tiež povedal: „Urobili sme veľmi hrubý výpočet, že iba 1 % zemského povrchu (možno niektoré skaly v neobývaných oblastiach) je potrebné natrieť touto farbou, aby zohralo úlohu v boji proti klimatickým zmenám. do určitej miery."

 

Venujte pozornosť vyzrážanému síranu bárnatému spoločnosti Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. má schopnosť vyrábať rôzne produkty so zrážaným síranom bárnatým s priemernou veľkosťou častíc 30 nanometrov až 10 mikrónov so zameraním na poskytovanie prispôsobených produktov a služieb. Za zmienku stojí, že na výrobkoch vieme vykonávať rôzne povrchové úpravy podľa potrieb zákazníka.

 

Na základe výskumu tímu profesora Xiulina Ruana vytvára síran bárnatý najbelšiu farbu na svete, čo ukazuje, že vyzrážaný síran bárnatý od Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. hrá dôležitú úlohu ako funkčná prísada v náterových aplikáciách. Síran bárnatý má vysokú belosť a odolnosť voči kyselinám a zásadám. Vyrába sa kombináciou práškov rôznych veľkostí častíc, vďaka čomu má povlak najširší spektrálny rozptyl a pomáha dosiahnuť najvyššiu odrazivosť. Nazýva sa to tepelne odrážajúci povlak.

 

Inžinieri Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. tiež uviedli, že pridaním vysokých koncentrácií síranu bárnatého a kombinácií rôznych veľkostí častíc síranu bárnatého na zmenšenie medzier medzi časticami a zlepšenie odrazu možno pridať viac vďaka nízkej hodnote absorpcie oleja. síranu bárnatého. Náš zrážaný síran bárnatý má úzku distribúciu veľkosti častíc a rovnomernejšie častice. Účinok bude lepší vďaka kombinácii rôznych veľkostí častíc. Náš Ultra White Barium Sulfate je veľmi obľúbený v náteroch, ktoré vyžadujú vysoký lesk a Extinction Barium Sulfate má tiež svoje jedinečné vlastnosti v matných a polomatných náteroch.

 

 

Tím profesora Xiulina Ruana dosiahol veľké úspechy nielen v architektonických náteroch, ale aj v sprejových farbách na autá, lietadlá a kozmické lode. Síran bárnatý môže zvýšiť obsah pevných látok a znížiť VOC, čo môže pomôcť znížiť spotrebu klimatizácie, a keďže tieto klimatizačné systémy spotrebúvajú palivo, môže tiež pomôcť šetriť benzín. V náterových aplikáciách môže pridanie vyzrážaného síranu bárnatého, funkčného materiálu, bojovať proti globálnemu otepľovaniu tým, že udržiava povrch dostatočne chladný, aby sa znížila potreba vnútornej klimatizácie.