Xiulin Ruan, un professore di ingegneria meccanica della Purdue University, mostra il campione del suo laboratorio della vernice più bianca mai registrata. Jared Pike/Purdue University A mezzogiorno di una soleggiata giornata estiva, la temperatura di un tetto piano di colore scuro convenzionale può raggiungere i 150 gradi Fahrenheit (65 gradi Celsius), secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Quel calore riscalderà anche l'interno di un edificio o di una casa, rendendo necessario l'uso dell'aria condizionata, un dispendio energetico che a sua volta spesso richiede la combustione di combustibili fossili nelle centrali elettriche, le cui emissioni contribuiscono alla progressione del cambiamento climatico. È un problema tormentoso che potrebbe essere facilmente risolto, se solo avessimo dei tetti che riflettessero l'energia solare nel cielo, invece di assorbirlo.
Ecco perché lo sviluppo da parte dei ricercatori della vernice più bianca mai creata - una formulazione "ultra-bianca" che riflette fino al 98,1% della luce solare - potrebbe rivelarsi un grosso problema nello sforzo di ridurre il consumo di energia e combattere il riscaldamento del nostro pianeta. La svolta è dettagliata in questo articolo, pubblicato il 15 aprile 2021, in Materiali Applicati e Interfacce, una rivista dell'American Chemical Society (ACS).
"Questa vernice non solo riflette la maggior parte della luce solare per evitare il surriscaldamento, ma ma si raffredda anche più fredda dell'aria che la circonda, anche sotto la luce diretta del sole, " Xiangyu Li, il primo autore dell'articolo, dice via e-mail. È un ricercatore post-dottorato al Massachusetts Institute of Technology che ha lavorato al progetto mentre frequentava la scuola di specializzazione a Purdue. (I suoi coautori includono Joseph Peoples, Peiyan Yao e l'autore corrispondente Xiulin Ruan, professore di ingegneria meccanica alla Purdue, che guida il laboratorio di trasporto e conversione dell'energia su nanoscala dell'università.)
"In qualche modo, è effettivamente un condizionatore d'aria senza consumare elettricità, "Li dice.
Non solo la vernice assorbe pochissima energia dalla luce solare, ma emette anche energia termica nella gamma dell'infrarosso nell'atmosfera, in modo che viaggi fuori e lontano dalla Terra. "Entrambi gli effetti aiutano a ridurre le esigenze di elettricità o raffreddamento, "Li dice.
I ricercatori hanno cercato di realizzare vernici che potrebbero essere utilizzate nel raffreddamento passivo sin dagli anni '70, ma la maggior parte di loro ha assorbito troppa luce solare, in modo che non forniscano alcun effetto rinfrescante durante il giorno, Li spiega. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno anche esplorato tecnologie esotiche per creare superfici che riflettono la luce, come film nanostrutturati multistrato, ma quelle soluzioni tendono ad essere costose e non facilmente adattabili agli edifici, secondo Li.
Ciò ha riportato i ricercatori a pensare che l'approccio migliore "è sotto forma di un composito particellare-polimero, che è simile alla vernice commerciale, "Li spiega.
Una telecamera a infrarossi mostra come un campione della vernice bianca più bianca (il quadrato viola scuro al centro) raffreddi effettivamente la scheda al di sotto della temperatura ambiente, qualcosa che nemmeno le vernici commerciali "che respingono il calore" fanno. Joseph Peoples/Purdue University La normale vernice bianca non è abbastanza bianca da aiutare molto con il raffreddamento passivo:riflette solo l'80-90 percento della luce solare, e in realtà si riscalda assorbendo la luce ultravioletta. Così, il compito è diventato trovare un modo per rendere la vernice bianca ancora più bianca. E si è rivelata una sfida.
"Prima abbiamo provato più materiali con un elevato gap di banda di elettroni per evitare l'assorbimento solare, " Li dice. "Tuttavia, le vernici apparivano spesso semitrasparenti a basso spessore a causa della scarsa capacità di riflettere la luce solare. Durante i nostri precedenti studi sulle vernici commerciali e sulla modellistica teorica, abbiamo identificato che sia l'alta concentrazione che l'ampia distribuzione delle dimensioni delle particelle erano vantaggiose. Quando abbiamo implementato questi due approcci, abbiamo visto la soluzione pittorica apparire più bianca rispetto ai tentativi precedenti."
Come ha spiegato Li in un comunicato stampa di Purdue, i ricercatori hanno esaminato "vari prodotti commerciali, praticamente tutto ciò che è bianco." Alla fine, "[w] abbiamo scoperto che usando il solfato di bario, puoi teoricamente rendere le cose davvero, davvero riflessivo, il che significa che sono davvero, veramente bianco".
Potresti aver sentito parlare del solfato di bario prima. È la roba che i pazienti medici assumono sotto forma di bevande o compresse per rivestire l'esofago, stomaco e intestino durante un esame a raggi X o una TAC, in modo che i medici possano vedere più chiaramente le aree malate o danneggiate, secondo MedlinePlus. Come ingrediente di vernice, Li note, è già ampiamente disponibile e sicuro per l'uomo e l'ambiente.
I ricercatori hanno utilizzato una varietà di dimensioni di particelle di solfato di bario nella vernice, che ha permesso alla vernice di disperdere più dello spettro.
Dovevano anche assicurarsi che la vernice durasse abbastanza a lungo all'esterno per essere adatta per dipingere i tetti. "Abbiamo testato la resistenza all'abrasione, tre settimane di invecchiamento all'aperto e un test di risciacquo con acqua, " Li spiega. "Tutti e tre hanno mostrato risultati promettenti come test di durata iniziali. Abbiamo anche testato la viscosità, e le vernici possono essere spazzolate e asciugate in modo molto simile alla vernice commerciale. Può anche essere fabbricato in modo simile. In questo lavoro, non solo abbiamo ottenuto una vernice che è superiore alla vernice commerciale, ma anche non hanno bisogno di attrezzature o materiali specializzati per fabbricare, trasportare o applicare la vernice."
La vernice ultra-bianca sembra abbastanza simile alla normale vernice bianca, perché la differenza di riflettività, pur significativo in termini di raffreddamento, è impercettibile agli occhi umani. "Nel giornale, abbiamo una foto di entrambe le vernici, che sembrano quasi identici tra loro, " dice Li.
Il prossimo passo nella ricerca è ottimizzare la vernice per una durata a lungo termine in diversi tipi di condizioni atmosferiche. Non c'è ancora una data prefissata per essere pronto per il mercato, quindi non cercarlo ancora nel negozio di ferramenta locale.
Ora è interessanteL'opposto di ultra-bianco potrebbe essere Vantablack, il nome del marchio per un tipo di rivestimento super-nero che riflette meno dell'1% della luce, sviluppato da una società inglese chiamata Surrey NanoSystems.
