یک نانو‌ماده اسپانیایی دمای سطح را بدون برق تا ۱۲.۹ درجه کاهش می‌دهد

یک تیم پژوهشی از مؤسسه میکرو و نانوفناوری (IMN-CNM، وابسته به CSIC) نانوماده‌ای توسعه داده‌است که می‌تواند سطوح در معرض آفتاب را بدون مصرف برق خنک کند؛ گزینه‌ای که می‌تواند بار رو به افزایش مصرف انرژی برای سرمایش را که هم‌اکنون مسئول نزدیک به ۲۰ درصد مصرف برق جهان است، سبک‌تر کند.

آگهی

آگهی

این کار پژوهشی که به سرپرستی گروه «ابزارهای نانومقیاس کارکردی برای انرژی» (FINDER) انجام شده و در نشریه Nanophotonics منتشر شده‌است، بر پایه سرمایش تابشی غیرفعال در روز بنا شده؛ روشی که از ویژگی خاص جو زمین بهره می‌برد: در بخشی از طیف فروسرخ، بین ۸ تا ۱۳ میکرومتر، پنجره‌ای وجود دارد که از آن گرما بدون به دام افتادن مستقیما به فضا می‌گریزد. ماده‌ای که در این پنجره به‌خوبی گرما را گسیل کند و در عین حال تابش خورشید را بازبتاباند، می‌تواند بدون نیاز به برق و کمپرسور، سردتر از هوای اطراف خود بماند.

پلیمری با ویژگی‌های دقیقا لازم

پژوهشگران سراغ پلی‌وینیلیدن فلوراید (PVDF) رفتند؛ پلیمری که پیش‌تر هم به دلیل توان بالای گسیل گرما در ناحیه فروسرخ شناخته‌شده بود. کریستینا ویسنته، پژوهشگر IMN-CNM و رئیس پروژه COOLed، می‌گوید: «این ماده ترکیبی از ویژگی‌ها را در خود دارد»؛ ترکیبی که آن را برای این کاربرد ایده‌آل می‌کند. افزون بر گسیل مناسب گرما، این پلیمر در برابر پرتو فرابنفش مقاوم است، آب را دفع می‌کند که به آن خاصیت خودتمیزشوندگی می‌دهد و در برابر شرایط جوی نیز پایدار است.

رمز اصلی این پیشرفت بیش از آنکه در خود ماده باشد، در شیوه شکل‌دهی آن نهفته است. تیم تحقیقاتی پلیمر را در قالب‌های نانوحفره‌ای از اکسید آلومینیوم آندایزشده نفوذ داد و به این ترتیب ساختارهای سه‌بعدی‌ای به‌دست آورد که هندسه درونی آنها با دقت بالا قابل کنترل است؛ نکته‌ای تعیین‌کننده، چون کارایی نوری این سردکن‌ها به طراحی آنها در مقیاس نانومتری وابسته است.

آمار و ارقام این امید را تایید می‌کند: نسخه بهینه‌شده این ماده که پس از نفوذ پلیمر تحت فرایند سرمایش فوق‌سریع قرار گرفته، به طور متوسط ۸۲٫۴ درصد تابش خورشید را بازمی‌تاباند و ۹۶٫۷ درصد گرما را در پنجره فروسرخ ۸ تا ۱۳ میکرومتر گسیل می‌کند؛ همان بازه‌ای که گرما از طریق آن به فضا می‌گریزد.

به طور نظری، این ترکیب به معنای توان سرمایشی ۱۸۲٫۳ وات بر متر مربع زیر تابش خورشیدی ۱۰۰۰ وات بر متر مربع است. آزمایش انجام‌شده روی پشت‌بام مرکز در ترس کانتوس با تابش خورشیدی حداکثر ۹۶۲ وات بر متر مربع، این رقم را در عمل تایید کرد.

کاهش نزدیک به ۱۳ درجه‌ای دما روی پشت‌بام

این نظریه تابستان گذشته به بوته آزمایش گذاشته شد؛ با انجام آزمون‌های روباز روی پشت‌بام مرکز در ترس کانتوس در حومه مادرید. پس از آنکه ماده تحت تیمار نوری با پرتو فرابنفش قرار گرفت؛ فرایندی که آن را سفیدتر می‌کند و بازتابندگی خورشیدی آن را بهبود می‌دهد، نتایج به‌دست آمد: در گرم‌ترین، خشک‌ترین و آفتابی‌ترین روزها سطح پوشش‌داده‌شده تا ۱۲٫۹ درجه سانتی‌گراد سردتر از نمونه بدون پوشش باقی ماند.

خود پژوهشگران تاکید می‌کنند که این فناوری هنوز در مرحله توسعه است، اما می‌گویند فرایند تولید آن نسبتا ارزان و با فرایندهای صنعتی موجود سازگار است. این ویژگی راه را برای کاربردهایی از نماهای خارجی و بام ساختمان‌ها گرفته تا دستگاه‌های الکترونیکی، خودروها و حتی سامانه‌های سرمایش شخصی باز می‌کند؛ همه با یک هدف مشترک: کاهش وابستگی به دستگاه‌های تهویه مطبوع و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از آنها.