تنتج كبريتات الباريوم الطلاء الأكثر بياضًا في العالم

قام شيولين روان، أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة بوردو، وطلابه بإنشاء الطلاء الأكثر بياضًا على الإطلاق

 

قام البروفيسور شيولين روان من الهندسة الميكانيكية في جامعة بوردو وطلابه ذات مرة بإنشاء الطلاء الأكثر بياضًا على الإطلاق، والذي تم إدراجه الآن في كتاب غينيس للأرقام القياسية العالمية. يمكن لهذا الطلاء الأبيض للغاية أن يعكس ما يصل إلى 98.1% من الضوء المرئي، وبسبب انعكاسه القوي، فإنه يمكن أن ينبعث منه حرارة الأشعة تحت الحمراء من السطح المطلي، وله أداء تبريد إشعاعي ممتاز.

 

Xiulin Ruan يحمل عينة مختبره من الطلاء الأكثر بياضًا على الإطلاق

 

الأبيض هو اللون الذي يحتوي على جميع الألوان في الطيف. إنه اللون الأكثر سطوعًا الذي نتعامل معه في حياتنا اليومية، وهو أيضًا لون خاص. ولا يمكن مزجه مع ألوان أخرى. إنه أغلى وأعز وجود في صندوق الطلاء لطلاب الفنون. كما أنها باهظة الثمن نسبيًا بين طلاء رش السيارات والطلاءات الصناعية.

 

هناك أسباب عديدة لرفع "قيمة" اللون الأبيض. خذ الطلاء الأبيض الشائع الاستخدام في الصناعة كمثال. بالمقارنة مع الدهانات الأخرى، فإن لونه يتأثر بشكل واضح بالشوائب، وبالتالي فإن عملية تنقيته ستكون أكثر تعقيدًا. في الوقت نفسه، يتأكسد الطلاء الأبيض بسهولة ويتحول إلى اللون الأصفر. ما هي المواد التي يجب اختيارها وكيفية تثبيت مصفوفتها هي أيضًا صعوبات فنية.

 

باختصار، كلما كان الطلاء أكثر بياضًا، زادت صعوبة صنعه. لكن العلماء لم يتوقفوا أبدًا عن السعي إلى تحقيق الهدف المطلق، تمامًا مثلما ابتكر البشر "فانتا بلاك" الأسود الأكثر سوادًا، والذي يمكنه امتصاص 99.9% من الضوء المرئي. في المقابل، هناك رجل مهووس أيضًا بالسعي للحصول على اللون الأبيض المطلق. وبعد أكثر من ست سنوات من العمل الشاق الذي قام به هو وفريقه، قام بذلك أخيرًا مؤخرًا. وهو البروفيسور روان شيولين من جامعة بوردو في الولايات المتحدة. ومؤخرًا، قاد فريقه لإنشاء الطلاء الأبيض الأكثر بياضًا في تاريخ البشرية. يمكن لهذا الطلاء الأبيض للغاية أن يعكس ما يصل إلى 98.1% من الضوء المرئي، بينما ينبعث أيضًا حرارة الأشعة تحت الحمراء من السطح المطلي، ويتميز بأداء تبريد إشعاعي ممتاز.

 

تُظهر كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء كيف تقوم عينة من الطلاء الأبيض الأكثر بياضًا (المربع الأرجواني الداكن في المنتصف) بتبريد اللوحة فعليًا إلى ما دون درجة الحرارة المحيطة، وهو أمر لا تفعله حتى الدهانات التجارية "الرافضة للحرارة".

 

منذ انضمامه إلى جامعة بوردو في عام 2008، التزم البروفيسور شيولين روان بالبحث في هندسة الطاقة والفيزياء الحرارية. بعد نشر نتائج البحث عن الطلاء الأبيض الفائق مؤخرًا، قبل مقابلات من العديد من وسائل الإعلام وتحدث عن أنه إذا تم تطبيق هذا الطلاء على حوالي 1,000 بوصة مربعة من السقف، يمكن أن يحصل الجزء الداخلي من المنزل على 10 كيلووات من قوة التبريد، حتى أكثر برودة من معظم المنازل التي تحتوي على تكييف مركزي.

 

قبل ذلك، كان من الصعب جدًا تحقيق تبريد سلبي (إشعاعي) فعال. في الوقت الحاضر، يتمثل الحل المتقدم نسبيًا في استخدام هياكل معقدة متعددة الطبقات أو طبقات معدنية عاكسة، لكن هذا يحد من تطبيقها في العديد من المجالات. والطريقة الأخرى هي تحقيق التبريد السلبي من خلال الطلاء، ولكن انعكاسية معظم الدهانات البيضاء المستخدمة حاليًا لا تزال في نطاق 80%-90%، كما أن الانعكاسية المنخفضة تجعل من الصعب الحفاظ على برودة السطح. يتطلب ذلك طلاء طبقة سميكة جدًا من الطلاء، وهو ليس إسرافًا فحسب، بل من السهل جدًا أيضًا تصلبه، كما أن نطاق تطبيقه ضيق ولا يمكن أن يعمل إلا في ظل ظروف مناخية محددة معينة.

 

ولحل هذه المشكلة، اخترع فريق البحث طلاءًا أبيضًا يعتمد على كربونات الكالسيوم مع انعكاس بنسبة 95.5%. الآن، لا شك أن الطلاء الأبيض الفائق الجديد المصنوع من مركب النانو والذي يعتمد على كبريتات الباريوم والذي اخترعه، قد عزز بلا شك تطوير تكنولوجيا التبريد السلبي إلى حد أكبر. نُشرت ورقتهم البحثية كمقال غلاف في مجلة "المواد والواجهات التطبيقية للجمعية الكيميائية الأمريكية".

 

أسرار "التبييض".

يحتوي هذا الطلاء الأبيض الفائق على "سرين" للتبييض. الأول هو التركيز العالي من كبريتات الباريوم المضافة إلى مصفوفة الطلاء. يحتوي هذا المركب على فجوة نطاق إلكترونية عالية، وامتصاص منخفض لأشعة الشمس وانعكاسية عالية. غالبًا ما يستخدم كمواد مالئة لتغيير القوام وإضافته إلى بعض الدهانات البيضاء. يمكن استخدامه أيضًا كعامل تبييض وإضافته إلى ورق الصور ومستحضرات التجميل.

اختبر الباحثون عددًا كبيرًا من العناصر البيضاء الموجودة في السوق، ووجدوا أن إضافة كبريتات الباريوم يمكن أن يزيد بشكل كبير من انعكاس الجسم، أي أنه سيجعله يبدو أكثر بياضًا؛ والثاني هو أن جزيئات كبريتات الباريوم الموجودة داخل الطلاء ذات أحجام مختلفة ولها نطاق تقلب كبير في حجم الجسيمات. تتقلب درجة تشتيت الضوء لكل جسيم مع حجم جسيمه، لذلك كلما زاد نطاق توزيع حجم الجسيم للجسيمات داخل الطلاء، كلما زاد ضوء الضوء المرئي الذي يمكن للطلاء أن تبعثره.

إن تأثير التراكب لهذين "السرين" للتركيز العالي وأحجام الجسيمات المختلفة يجعل هذا الطلاء الجديد يتمتع بانعكاسية عالية للغاية. وبطبيعة الحال، لا يمكن أن يكون تركيز كبريتات الباريوم مرتفعا جدا. على الرغم من أن التركيز العالي يساعد على جعل الطلاء أكثر بياضًا، إلا أن التركيز العالي جدًا سيجعل الطلاء أكثر عرضة للتشقق أو التقشير بعد التجفيف، مما يؤثر بشكل كبير على تجربة المستخدم.

 

استبدل مكيف الهواء

كما نعلم جميعًا، الضوء الأبيض هو ضوء ملون معقد، والجسم المعتم سوف يمتص ألوانًا مختلفة من الضوء ويعكس نفس لون الضوء، وبالتالي فإن الأجسام البيضاء لها انعكاسية أعلى. عندما يتم استخدام الطلاء الأبيض لطلاء السقف، فإنه يمكن أن يعكس حرارة الشمس المشعة إلى حد كبير، مما يقلل بشكل فعال من نقل الحرارة الإشعاعية ونقل الحرارة بالحمل الحراري.

وفقًا لدراسة في Geophysical Research Letters في 2010، إذا تم طلاء أسطح المنازل في المدينة بطلاء أبيض مثالي، فقد وجدت محاكاة الكمبيوتر أن هذا يمكن أن يقلل من تأثير الجزيرة الحرارية بنسبة 33%، ويقلل من إجمالي تأثير الجزيرة الحرارية درجة حرارة المدينة بمقدار 0.4 درجة، وخفض درجة الحرارة الداخلية بشكل كبير، وبالتالي تقليل معدل استخدام مكيفات الهواء وتحقيق غرض الحفاظ على الطاقة وتقليل الانبعاثات.

 

البنية المجهرية للطلاء المركب بحمض كبريتات الباريوم والأكريليك بتركيز حجمي 60%

 

إن انعكاسية الطلاء الذي طورته جامعة بوردو أعلى بكثير من الطلاء التجاري العادي، مما يعني أن له تأثير تبريد أفضل. استخدم الباحثون جهازًا حراريًا عالي الدقة للكشف عن درجة الحرارة لاختبار أداء التبريد للطلاء في الهواء الطلق. في التجربة التوضيحية، يمكن استخدام هذا الطلاء في مجموعة متنوعة من البيئات. في الليل، يمكن أن يجعل السطح المطلي أقل بمقدار 11 درجة من درجة الحرارة المحيطة، وفي ضوء الشمس القوي عند الظهر، يمكن أيضًا تبريد السطح إلى 5 درجات أقل من البيئة المحيطة. وفي تجارب أخرى، وجد الباحثون أنه حتى في بيئة الشتاء الباردة (كانت درجة حرارة الاختبار حوالي 6 درجات)، لا يزال من الممكن تقليل سطح العينة بمقدار 10 درجات، مما أثبت أن الطلاء يتمتع بأداء تبريد عاكس ممتاز.

 

يستخدم الباحثون في جامعة بوردو شيولين روان وجوزيف بيبولز كاميرا تعمل بالأشعة تحت الحمراء لمقارنة أداء التبريد لعينات الطلاء الأبيض على السطح.

 

في الواقع، هذا النوع الجديد من الطلاء شديد البياض جاء في الأصل من نزوة فريق البحث. لقد أرادوا في الأصل استخدام الطلاء الأبيض الفائق ليحل محل مكيفات الهواء التقليدية لتبريد المنزل. بعد ذلك، قاموا بإجراء العديد من التحسينات بناءً على طلاء التبريد الإشعاعي الذي تم تطويره في السبعينيات، وأجروا أكثر من ست سنوات من الأبحاث والتجارب النسبية. لاختيار المادة الأساسية للطلاء، أخذوا في الاعتبار في البداية أكثر من 100 مادة مختلفة. وبعد الكثير من التجارب، قاموا بتضييق النطاق تدريجيًا إلى 10. وبعد ذلك، أجروا اختبارات شاملة لـ 50 صيغة مختلفة لكل مجموعة من هذه المجموعات العشر من المواد.

 

لقد حصلوا في البداية على طلاء أبيض يعتمد على كربونات الكالسيوم، لكن كربونات الكالسيوم قد تتفاعل في الطقس القاسي مثل المطر الحمضي وتتسبب في تدهور الطلاء، لذلك أطلقوا طلاءًا يعتمد على كبريتات الباريوم، وحسنوا على وجه التحديد ثبات الطلاء للمركبات المعقدة. البيئات الخارجية، وأخيراً تم اختيار تركيبة طلاء مركبة من حمض كبريتات الباريوم والأكريليك بتركيز حجمي 60%. وهذا يوضح أيضًا أن كربونات الكالسيوم ليست جيدة مثل كبريتات الباريوم في مقاومة الأحماض والقلويات.

 

وقال البروفيسور شيولين روان إن النوع الجديد من الطلاء الذي اخترعواه يتفوق على الدهانات البيضاء التجارية الأخرى المستخدمة حاليًا من حيث الانعكاس وأداء التبريد والثبات. وفي الوقت نفسه، فإن عملية التصنيع متوافقة مع عمليات الطلاء التجارية العادية ويمكن التحكم في التكلفة. لذلك، يتمتع هذا الطلاء بآفاق تطبيقية واسعة في تقليل تكاليف تبريد الفضاء، ومكافحة تأثيرات الجزر الحضرية، والتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري في المستقبل. وفي مقابلة مع بي بي سي، قال أيضًا: "لقد أجرينا حسابات تقريبية للغاية مفادها أن 1٪ فقط من سطح الأرض (ربما بعض الصخور في المناطق غير المأهولة) يحتاج إلى طلاء بهذا الطلاء للعب دور في مكافحة تغير المناخ. إلى حد معين."

 

انتبه إلى كبريتات الباريوم المترسبة من شركة Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

تتمتع شركة Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. بالقدرة على إنتاج العديد من منتجات كبريتات الباريوم المترسبة بمتوسط ​​حجم جسيمات يتراوح من 30 نانومتر إلى 10 ميكرون، مع التركيز على توفير منتجات وخدمات مخصصة. ومن الجدير بالذكر أنه يمكننا إجراء معالجات سطحية مختلفة على المنتجات وفقًا لاحتياجات العملاء.

 

بناءً على البحث الذي أجراه فريق البروفيسور Xiulin Ruan، تنتج كبريتات الباريوم الطلاء الأكثر بياضًا في العالم، مما يوضح أن كبريتات الباريوم المترسبة لشركة Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. تلعب دورًا مهمًا كإضافة وظيفية في تطبيقات الطلاء. تتميز كبريتات الباريوم ببياض عالي ومقاومة للأحماض والقلويات. يتم إنتاجه عن طريق الجمع بين مساحيق ذات أحجام جسيمات مختلفة، والتي يمكن أن تجعل الطلاء يتمتع بأكبر تشتت طيفي ويساعد في الحصول على أعلى انعكاس. ويسمى طلاء عاكس للحرارة.

 

وقال مهندسو شركة Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. أيضًا أنه من خلال إضافة تركيزات عالية من كبريتات الباريوم ومجموعات من أحجام الجسيمات المختلفة من كبريتات الباريوم لتقليل الفجوات بين الجزيئات وتحسين الانعكاس، يمكن إضافة المزيد بسبب انخفاض قيمة امتصاص الزيت. من كبريتات الباريوم. تحتوي كبريتات الباريوم المترسبة على توزيع ضيق لحجم الجسيمات وجزيئات أكثر تجانسًا. سيكون التأثير أفضل من خلال الجمع بين أحجام الجسيمات المختلفة. تحظى كبريتات الباريوم فائقة البياض لدينا بشعبية كبيرة في الطلاءات التي تتطلب لمعانًا عاليًا، كما تتمتع كبريتات الباريوم Extinction بميزاتها الفريدة في الطلاءات غير اللامعة وشبه اللامعة.

 

 

حقق فريق البروفيسور شيولين روان إنجازات عظيمة ليس فقط في الطلاءات المعمارية، ولكن أيضًا في الطلاء بالرش للسيارات والطائرات والمركبات الفضائية. يمكن لكبريتات الباريوم زيادة المحتوى الصلب وتقليل المركبات العضوية المتطايرة، مما يمكن أن يساعد في تقليل استهلاك تكييف الهواء، وبما أن أنظمة تكييف الهواء هذه تستهلك الوقود، فيمكن أن تساعد أيضًا في توفير البنزين. في تطبيقات الطلاء، يمكن لإضافة كبريتات الباريوم المترسبة، وهي مادة وظيفية، مكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق الحفاظ على السطح باردًا بدرجة كافية لتقليل الحاجة إلى تكييف الهواء الداخلي.