Sıcak bir yaz gününde, beyaz giysiler güneş ışığını yansıttığı (emmediği) için diğer renklere göre daha soğuk hissettirir. Mavi veya siyah gibi diğer renkler, ışığı soğurdukları için ısınma etkisine maruz kalırlar. Araştırmacılar, renkli soğutma filmlerindeki bu ısınma etkisini önlemek için kelebek kanatlarındaki nanoyapılardan ilham aldı.
Işığı absorbe etmeyen yeni filmler, canlı renk özelliklerini korurken, soğutma için gereken enerjiyi azaltmak için binaların, araçların ve ekipmanların dış cephelerinde kullanılabiliyor.
Çin'deki Shenzhen Üniversitesi'nden araştırma ekibi lideri Wanlin Wang, "Binalarda, soğutma ve havalandırma için büyük miktarlarda enerji kullanılıyor ve elektrikli arabalarda klimanın çalıştırılması sürüş mesafesini yarıdan fazla azaltabilir" dedi. "Soğutma filmlerimiz, enerji sürdürülebilirliğini ve karbon nötrlüğünü geliştirmeye yardımcı olabilir."
Optica Publishing Group'un yüksek etkili araştırma dergisi Optica'da araştırmacılar, geliştirdikleri filmlerin renkli nesnelerin sıcaklığını ortam sıcaklığının yaklaşık 2 °C altına düşürdüğünü gösteriyor. Ayrıca bütün gün dışarıda bırakıldıklarında filmlerin mavi versiyonunun geleneksel mavi araba boyasından yaklaşık 26°C daha soğuk olduğunu bulmuşlardır. Bu, yılda yaklaşık 1377 MJ/m 2 yıllık enerji tasarrufunu temsil eder.
Wang, "Yeni filmlerimizle, istenen renk, doygunluk veya parlaklık ne olursa olsun mükemmel soğutma performansı elde edilebilir" dedi. "Sıcak havalarda rahat olan herhangi bir renkte giysiler oluşturmak için tekstillerde bile kullanılabilirler."
Doğadan ilham aldı
Mavi boyalı bir araba sarı ışığı soğurduğu ve mavi ışığı yansıttığı için mavi görünür. Emilen büyük miktardaki ışık arabayı ısıtır. Bununla birlikte Morfo kelebekler, kanatlarının nano yapısına bağlı olarak yüksek oranda doygun mavi renklerini üretirler. Soğutma nanofilminin tasarımı, geleneksel boya gibi ışığı emmeyen canlı renkler üretmek için bu yapıları taklit eder.
Morpho'dan ilham alan nanofilmlerini oluşturmak için araştırmacılar, titanyum dioksit ve alüminyum dioksitten yapılmış çok katmanlı bir malzemenin altına düzensiz bir malzeme (kaba buzlu cam) yerleştirdiler. Daha sonra bu yapıyı, tüm ışığı yansıtan, böylece güneş radyasyonunun soğurulmasını ve bu soğurmayla ilişkili ısınmayı önleyen gümüş bir tabaka üzerine yerleştirdiler.
Filmin rengi, çok katmanlı yapısındaki bileşenlerin ışığı nasıl yansıttığıyla belirlenir. Örneğin, mavi oluşturmak için, çok katmanlı malzeme sarı ışığı çok dar bir açı aralığında yansıtacak şekilde tasarlanırken, düzensiz yapı mavi ışığı geniş bir alana yayar.
Bu tür pasif fotonik termal yönetim daha önce başarılmış olmasına rağmen, geniş bir görüş açısı ve yüksek renk doygunluğunu korumak zor olduğundan yalnızca beyaz veya şeffaf nesnelerle kullanılmıştır.
Renkli nesnelerin pasif soğutması
Wang, "Geliştirdiğimiz katmanlı yapı sayesinde pasif soğutma yöntemini renksiz nesnelerden renkli nesnelere genişletirken renk performansını da koruyabildik" dedi. "Başka bir deyişle, mavi filmimiz geniş bir görüş açısı aralığında mavi görünüyor ve tüm ışığı yansıttığı için ısınmıyor. Ayrıca, yapı optimize edilerek yüksek doygunluk ve parlaklık elde edilebilir."
Yeni teknolojiyi test etmek için araştırmacılar, Shenzhen Üniversitesi'nde hem kış hem de yaz aylarında sabah 9'dan akşam 4'e kadar çatı, araba, kumaş ve cep telefonu gibi yüzeylere yerleştirdikleri mavi, sarı ve renksiz filmler oluşturdular. Sıcaklığı ölçmek için termokupl sensörleri ve kızılötesi kameralar kullanarak, soğutma filmlerinin yaklaşık 15 derece kışın yerleştirildikleri yüzeylerden daha soğuk ve yaklaşık 35 derece yaz aylarında daha serin.
Araştırmacılar, gümüş filmi bir alüminyum filmle değiştirmenin, filmleri elektron ışını buharlaştırma ve magnetron püskürtme gibi ölçeklenebilir bir imalat yöntemiyle daha ucuz ve üretilebilir hale getireceğine dikkat çekiyor. Artık filmlerin soğuma ve renk performansını göstermiş olan araştırmacılar, mekanik ve kimyasal sağlamlık gibi diğer özellikleri incelemeyi ve optimize etmeyi planlıyorlar.