ساخت سرامیک خنک‌کننده برای ساختمان‌های پایدار

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، محققان و پژوهشگران دانشگاه سیتی هنگ کنگ (CityU) با ساخت نوعی ماده «خنک کننده تابشی غیرفعال» (PRC) که بهره‌وری انرژی در صنعت ساخت و ساز را افزایش می‌دهد، ابزار امیدوارکننده‌ای برای مبارزه با گرمایش جهانی ارائه کردند. این سرامیک جدید دارای خواص نوری با عملکرد بالا برای تولید خنک کننده بدون انرژی است.

«ادوین تسو چی-یان» «Edwin Tso Chi-yan» یکی از مجریان این پروژه می‌گوید: سرامیک خنک‌کننده خواص نوری پیشرفته‌ای دارد که کاربرد‌های وسیعی برای آن ایجاد می‌کند. رنگ، مقاومت در برابر آب و هوا، استحکام مکانیکی و توانایی کاهش اثر «لیدنفراست» (پدیده‌ای که از انتقال حرارت جلوگیری و خنک‌سازی مایع روی سطح داغ را بی‌اثر می‌کند) ویژگی‌های کلیدی هستند که طبیعت بادوام و همه کاره سرامیک خنک کننده را تضمین می‌کنند.

ساخت این ساختار، ساده و با استفاده از عناصر غیر آلی معمولی مانند آلومینا صورت می‌گیرد. این روش شامل دو مرحله اساسی است: مرحله وارونگی و تَف جوشی. گفتنی است این شیوه به تجهیزات پیچیده یا مواد گران قیمت نیاز ندارد و تولید در مقیاس بزرگ سرامیک‌های خنک کننده را عملی‌تر و دست یافتنی‌تر می‌کند.

همچنین سرامیک خنک کننده به دلیل وجود شکاف انرژی زیاد آلومینا، جذب نور خورشید را کاهش می‌دهد.

سرامیک خنک کننده از آلومینا ساخته شده است که در برابر اشعه ماوراء بنفش که نگرانی رایج در اکثر طرح‌های PRC مبتنی بر پلیمر است مقاومت مطلوبی دارد. همچنین با تحمل دمای بیش از هزار درجه سانتیگراد، مقاومت فوق العاده‌ای در برابر آتش، از خود نشان می‌دهد که از قابلیت‌های بیشتر مواد PRC مبتنی بر پلیمر یا فلز فراتر می‌رود.

محققان با افزودن دو ویژگی اضافی به این ماده، کارایی کلی آن را بهبود بخشیدند. اولین ویژگی از نوعی حشره 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.

محققان مواد سرامیکی خنک‌کننده را برای ساختمان‌های پایدار می‌سازند. این سرامیک‌های الهام‌گرفته از محیط زیست و با قابلیت بازتاب خورشیدی بالا، سفیدی زیستی سوسک Cyphochilus را تقلید می‌کند.

سرامیک خنک‌کننده توانست با تکرار روشنایی طبیعی این سوسک‌ها و بهینه‌سازی ساختار متخلخل بر اساس این اصل پراکندگی، تقریباً تمام طول موج‌های نور خورشید را پراکنده کند.

این قابلیت به بازتاب خورشیدی استثنایی ۹۹.۶ درصد منجر شد که یکی از بالاترین مقادیر اندازه گیری شده است. جالب توجه است کیفیت‌های نوری بهبود یافته از قابلیت‌های مواد سرامیکی موجود در بازار بهتر عمل می‌کند.

عملکرد مطلوب این سرامیک خنک‌کننده در شرایط مختلف آب و هوایی و پایداری شیمیایی و استحکام مکانیکی اش، آن را برای استفاده گسترده در فضای باز مناسب می‌سازد.

آزمایش‌ها نشان داده است استفاده از سرامیک خنک‌کننده روی سقف خانه می‌تواند ۲۰ درصد برق برای خنک‌سازی فضا مصرف کند که ظرفیت بالای سرامیک خنک‌کننده را در کاهش اتکای مردم به راهبرد‌های خنک کننده فعال سنتی تأیید می‌کند و راه حل پایدار برای اجتناب از اضافه بار شبکه برق، انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و گرم شدن مناطق شهری ارائه می‌دهد.

هزینه کم و دوام آن، این سرامیک‌ها را به یک گزینه عالی برای تجاری سازی در کاربرد‌های مختلف، عمدتاً ساخت و ساز ساختمان در آینده نزدیک تبدیل می‌کند.

این فناوری نشان دهنده پیشرفت قابل توجه 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 که به بدتر شدن تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند. مواد پایدار راه حلی برای این نیاز فزاینده بدون وخیم شدن موضوع ارائه می‌دهند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Science منتشر شده است.