ابداع مواد سرامیکی خنک کننده برای ساختمان‌های پایدار

پژوهشگران مواد سرامیکی خنک کننده را برای ساختمان‌های پایدار ساخته‌اند که به تازگی با الهام از محیط زیست طراحی شده است و می‌تواند این حوزه را متحول کند.

 

پژوهشگران یک ماده خنک‌کننده تابشی غیرفعال(PRC) را معرفی کرده‌اند که برای افزایش بهره‌وری انرژی در صنعت ساخت‌ و ساز طراحی شده است و ابزار امیدوارکننده‌ای در مبارزه با گرمایش جهانی ارائه می‌کند.

 

پژوهشگران دانشگاه سیتی هنگ کنگ(CityU) ماده جدیدی به نام سرامیک خنک کننده ساخته‌اند.

 

مطابق با بیانیه رسمی پژوهشگران، این ماده جدید طراحی شده، خواص نوری با عملکرد بالا برای تولید خنک کننده بدون انرژی و سردکن را به نمایش گذاشته است.

 

ادوین تسو چی‌یان دانشیار دانشگاه سیتی هنگ کنگ و یکی از نویسندگان این مقاله می‌گوید: سرامیک خنک‌کننده ما خواص نوری پیشرفته و قابلیت کاربردی زیادی دارد. رنگ، مقاومت در برابر آب و هوا، استحکام مکانیکی و توانایی کاهش اثر لیدنفراست(پدیده‌ای که از انتقال حرارت جلوگیری می‌کند و خنک‌سازی مایع روی سطح داغ را بی‌اثر می‌کند) از ویژگی‌های کلیدی هستند که طبیعت پایدار و همه کاره این سرامیک خنک کننده را تضمین می‌کنند.

 

 

این مطالعه نشان می‌دهد که استحکام اساسی و منحصر به فرد این ماده سرامیکی از ساختار متخلخل سلسله مراتبی آن ناشی می‌شود.

 

ساخت این ساختار با استفاده از عناصر غیر آلی معمولی مانند آلومینا ساده است. این روش شامل دو مرحله اساسی است: وارونگی فاز و تَف‌جوشی.

 

تَف‌جوشی(Sintering) یکی از روش‌های شکل‌دهی مواد فلزی و سرامیکی است. تف‌جوشی به چسباندن یا چسبیدن ذرات یک یا چند ماده به یکدیگر از طریق ذوب سطحی بر اثر حرارت، همراه با فشار یا بدون آن، به ‌طوری‌ که به صورت یک توده جامد درآیند، گفته می‌شود. اساس کار این روش کاهش انرژی آزاد سطحی ذرات در اثر چسبیدن به یکدیگر است.

 

قابل ذکر است که این تکنیک به تجهیزات پیچیده یا مواد گران قیمت نیاز ندارد و همین موضوع، تولید در مقیاس بزرگ سرامیک‌های خنک کننده را عملی‌تر و دست‌یافتنی‌تر می‌کند.

 

علاوه بر این، این سرامیک خنک کننده به دلیل وجود فاصله شکاف باند زیاد با آلومینا، جذب نور خورشید را کاهش می‌دهد.

 

چی‌یان توضیح داد: این سرامیک خنک کننده از آلومینا ساخته شده است که مقاومت مطلوبی را در برابر اشعه فرابنفش فراهم می‌کند، چیزی که یک نگرانی رایج در اکثر طرح‌های PRC مبتنی بر پلیمر است. همچنین با تحمل دمای بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر آتش از خود نشان می‌دهد که از قابلیت‌های بیشتر مواد PRC مبتنی بر پلیمر یا فلز فراتر می‌رود.

 

پژوهشگران همچنین دو ویژگی دیگر به این ماده اضافه کردند تا کارایی کلی آن را بهبود بخشند. اولین ویژگی از حشرات فوق‌العاده درخشان معروف به سوسک‌های Cyphochilus به دست آمد، در حالی که ویژگی دوم مبتنی بر پراکندگی Mie بود، پدیده‌ای که در آن ذرات، نور را پراکنده می‌کنند.

 

این سرامیک خنک‌کننده توانست با تقلید روشنایی طبیعی این سوسک‌ها و بهینه‌سازی ساختار متخلخل بر اساس این اصل پراکندگی، تقریباً تمام طول موج‌های نور خورشید را پراکنده کند. این منجر به بازتاب نور خورشید به میزان استثنایی ۹۹.۶ درصد شد که یکی از بالاترین مقادیر اندازه‌گیری شده است.

 

علاوه بر این، این سرامیک خنک‌کننده در شرایط مختلف آب و هوایی عملکرد خوبی دارد و پایداری شیمیایی و همچنین استحکام مکانیکی قابل توجهی را از خود نشان می‌دهد که آن را برای استفاده گسترده در فضای باز مناسب می‌سازد.

 

چی‌یان افزود: آزمایش ما نشان داد که استفاده از این سرامیک خنک‌کننده روی سقف خانه می‌تواند بیش از ۲۰ درصد الکتریسیته برای خنک‌سازی فضا صرفه‌جویی کند که پتانسیل بالای آن را در کاهش اتکای مردم به استراتژی‌های خنک‌کننده فعال سنتی تأیید می‌کند و راه‌حلی پایدار برای اجتناب از تحمیل اضافه بار بر شبکه برق، کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و ایجاد جزایر گرمایی شهری ارائه می‌دهد.

 

هزینه کم و دوام این ماده، آن را به یک کاندیدای عالی برای تجاری‌سازی در کاربردهای مختلف، عمدتاً ساخت و ساز ساختمان در آینده نزدیک تبدیل می‌کند.

 

این فناوری نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در پیگیری روش‌های ساخت و ساز پایدار و سازگار با محیط زیست است.

 

با افزایش دمای کره زمین، نیاز به سیستم‌های خنک کننده نیز افزایش می‌یابد، سیستم‌هایی که به تداوم تغییرات آب و هوایی کمک می‌کنند. بنابراین مواد پایدار راه حلی برای این نیاز فزاینده بدون بدتر شدن اوضاع ارائه می‌دهند.

 

این پژوهش در مجله ساینس(Science) منتشر شده است.