Yeni mürekkepler, günlük ortamlarda sıcaklığı kontrol etmek için nanoteknolojiyi kullanıyor. Kredi: Dr. Mohammad Taha, Melbourne Üniversitesi
Sıcaklığı kontrol etmek ve pasif iklim kontrolü sağlayarak enerji tüketimini azaltmak için nanoteknoloji kullanan faz değişimli mürekkepler geliştirilmiştir. Çok yönlü mürekkeplerin binalarda, elektronik cihazlarda ve giyimde potansiyel uygulamaları vardır ve iklim değişikliğini ele almak için sürdürülebilir bir çözüm haline gelebilir.
Isınma ve soğutma şeklimizi değiştirebilen, dünyanın ilk “faz değiştiren mürekkepleri” Binalar, evler ve arabalar – gelişmiş “pasif iklim” kontrolü elde etmek için geliştirildi ve enerji kullanımını ve küresel sera gazı emisyonlarını azaltmaya yardımcı olma konusunda muazzam bir potansiyele sahip.
The Royal Society of Chemistry’s Journal’da yayınlanan yeni araştırma Dr. Mohammad Taha liderliğindeki Materials Chemistry A’nın raporu, günlük ortamlardaki sıcaklığı kontrol etmek için nanoteknoloji kullanan kavram kanıtlamalı “faz değişimli mürekkepleri” belgeliyor. Bunu, çevredeki ortama göre içlerinden geçebilecek radyasyon miktarını ayarlayarak başarırlar.
Dr. Taha, bu mürekkeplerin pasif ısıtma ve soğutma elde etmek için kaplamalar geliştirmek üzere kullanılabileceğini ve böylece sıcaklıkları düzenlemek için enerji üretimine güvenme ihtiyacımızı azaltabileceğini söyledi.
“İnsanlar konforlu ortamlar yaratmak ve sürdürmek için çok fazla enerji kullanıyor – ısıtma ve binalarımızı, evlerimizi, arabalarımızı ve hatta vücudumuzu soğutmak,” dedi Dr. Taha.
“Çevresel etkimizi azaltmak için artık yalnızca yenilenebilir kaynaklardan enerji üretimine odaklanamayız. İklim değişikliğinin etkileri gerçeğe dönüştükçe, enerji tüketimimizi de önerilen enerji çözümlerimizin bir parçası olarak azaltmayı düşünmemiz gerekiyor.
“Mürekkeplerimizi çevrelerine yanıt verecek şekilde tasarlayarak, yalnızca enerjiyi azaltmakla kalmıyoruz. ancak ek bir enerji israfı olan sıcaklıkları kontrol etmek için yardımcı kontrol sistemlerine olan ihtiyacı da ortadan kaldırıyoruz.”
Pasif iklim kontrolü, gereksiz yere enerji harcamadan konforlu yaşam koşulları sağlayacaktır. Örneğin, kışın konforlu bir ısıtma sağlamak için, bir bina cephesine uygulanan mürekkepler, gün boyunca daha fazla güneş ışınımının geçmesine ve geceleri sıcaklığı içeride tutmak için daha fazla yalıtıma izin verecek şekilde otomatik olarak dönüşebilir. Yaz aylarında, güneşten ve çevredeki ortamdan gelen ısı radyasyonunu engellemek için bir bariyer oluşturacak şekilde dönüşebilirler.
Çok yönlü “faz değişimli mürekkepler”, lamine edilebilen, püskürtülebilen veya eklenebilen bir kavram kanıtıdır. boyalar ve yapı malzemeleri için. Ayrıca aşırı ortamlarda vücut ısısını düzenleyerek giysilere dahil edilebilirler veya bükülebilir devreler, kameralar ve dedektörler ile gaz ve sıcaklık sensörleri gibi büyük ölçekli, esnek ve giyilebilir elektronik cihazların oluşturulmasında kullanılabilirler.
Dr. . Taha şunları söyledi: “Araştırmamız, bu mürekkeplerin büyük ölçekte ucuza uygulanmasına ilişkin önceki kısıtlamaları kaldırıyor. Bu, mevcut yapıların ve inşaat malzemelerinin yenilenebileceği anlamına gelir. Üretim ilgisiyle, mürekkepler pazara beş ila 10 yıl içinde ulaşabilir.
“Endüstri ile işbirliği yaparak, dünyanın iklimiyle mücadeleye yönelik bütüncül bir yaklaşımın parçası olarak bunları ölçeklendirebilir ve mevcut ve yeni teknolojilere entegre edebiliriz enerji zorluklarını değiştirin.
“Bu malzemenin potansiyeli çok büyük çünkü dizüstü bilgisayar elektroniğinde veya araba ön camlarında ısı birikmesini önlemek gibi pek çok farklı amaç için kullanılabiliyor. Ancak bu malzemenin güzelliği, ısı emme özelliklerini ihtiyaçlarımıza göre ayarlayabilmemizdedir.
“Akıllı cam üretmek için zaten farklı türde bir faz değiştiren malzeme kullanılıyor, ancak yeni malzememiz, bunu yapabileceğimiz anlamına geliyor daha akıllı tuğlalar ve boyalar tasarlayın. Bu yeni nanoteknoloji, mevcut binaları daha verimli hale getirmek için güçlendirmeye yardımcı olabilir. Çevre için daha iyi ve gelecek için sürdürülebilir.”
Çığır açan buluş, “faz değiştiren malzemelerin” ana bileşenlerinden biri olan vanadyum oksitin (VO2) nasıl değiştirileceğinin keşfedilmesiyle sağlandı. Faz değiştiren malzemeler, malzemenin stres altında kendini dönüştürmesi için yeterli enerjiyi yaratmak üzere ısı veya elektrik gibi tetikleyiciler kullanır. Ancak, “faz değiştirme” özelliklerinin etkinleştirilmesi için önceden faz değiştiren malzemelerin çok yüksek sıcaklıklara ısıtılması gerekiyordu.
“Bu malzemelerin nasıl bir araya getirildiğine ilişkin anlayışımızı, faz değiştirmeyi nasıl tetikleyebileceğimizi test etmek için kullandık. Malzemenin temel olarak belirli bir sıcaklığın (oda sıcaklığına yakın (30-40oC)) ötesinde ısıyı bloke etmek için bir anahtar görevi gördüğü yalıtkandan metale (IMT) reaksiyonu,” dedi Dr. Taha.
Dr. Taha, bir sonraki adımın, Melbourne Üniversitesi tarafından patenti alınan araştırmayı üretime taşımak olacağını söyledi.
Referans: “Vanadyum oksitlerin ve çekirdek-kabuk kompozitlerinin oda sıcaklığına yakın faz geçişleri yoluyla kızılötesi modülasyon” Mohammad Taha, Sivacarendran Balendhran, Peter C. Sherrell, Nick Kirkwood, Dingchen Wen, Shifan Wang, Jiajun Meng, James Bullock, Kenneth B. Crozier ve Len Sciacca, 21 Mart 2023, Journal of Materials Chemistry A.
DOI: 10.1039/D2TA09753B