Barium sulfat mencipta cat paling putih di dunia

Xiulin Ruan, seorang profesor kejuruteraan mekanikal Universiti Purdue, dan pelajarnya telah mencipta cat paling putih dalam rekod

 

Profesor Xiulin Ruan dari Kejuruteraan Mekanikal di Universiti Purdue dan pelajarnya pernah mencipta cat paling putih yang pernah direkodkan, yang kini telah dimasukkan dalam Buku Rekod Dunia Guinness. Cat ultra-putih ini boleh memantulkan sehingga 98.1% cahaya yang boleh dilihat, dan kerana pemantulannya yang kuat, ia juga boleh mengeluarkan haba inframerah dari permukaan yang dicat, dan mempunyai prestasi penyejukan sinaran yang sangat baik.

 

Xiulin Ruan memegang sampel makmalnya bagi cat paling putih dalam rekod

 

Putih ialah warna yang mengandungi semua warna dalam spektrum. Ia adalah warna dengan kecerahan tertinggi yang kita temui dalam kehidupan seharian kita, dan ia juga merupakan warna istimewa. Ia tidak boleh dicampur dengan warna lain. Ia adalah kewujudan yang paling mahal dan dihargai dalam kotak cat pelajar seni. Ia juga agak mahal antara cat semburan kereta dan salutan industri.

 

Terdapat banyak sebab untuk menaikkan "nilai" putih. Ambil cat putih yang biasa digunakan dalam industri sebagai contoh. Berbanding dengan cat lain, warnanya lebih jelas dipengaruhi oleh kekotoran, jadi proses penulenannya akan menjadi lebih rumit. Pada masa yang sama, cat putih mudah teroksida dan bertukar menjadi kuning. Apakah jenis bahan untuk dipilih dan cara menstabilkan matriksnya juga merupakan masalah teknikal.

 

Pendek kata, semakin putih cat, semakin sukar untuk dibuat. Tetapi saintis tidak pernah berhenti mengejar yang muktamad, sama seperti manusia telah mencipta hitam paling hitam "Vanta Black", yang boleh menyerap 99.9% cahaya yang boleh dilihat. Sebaliknya, ada seorang lelaki yang juga taksub untuk mengejar putih muktamad. Selepas lebih enam tahun bekerja keras olehnya dan pasukannya, dia akhirnya melakukannya baru-baru ini. Beliau ialah Profesor Ruan Xiulin dari Universiti Purdue di Amerika Syarikat. Baru-baru ini, beliau mengetuai pasukannya mencipta cat putih paling putih dalam sejarah manusia. Cat ultra-putih ini boleh memantulkan sehingga 98.1% cahaya yang boleh dilihat, sambil memancarkan haba inframerah dari permukaan yang dicat, dan mempunyai prestasi penyejukan sinaran yang sangat baik.

 

Kamera inframerah menunjukkan cara sampel cat putih paling putih (segi empat sama ungu gelap di tengah) sebenarnya menyejukkan papan di bawah suhu ambien, sesuatu yang tidak dilakukan walaupun cat "menolak haba" komersial.

 

Sejak menyertai Universiti Purdue pada tahun 2008, Profesor Xiulin Ruan telah komited dalam penyelidikan dalam kejuruteraan tenaga dan termofizik. Selepas menerbitkan hasil penyelidikan cat super putih baru-baru ini, dia menerima temu bual daripada banyak media dan bercakap tentang bagaimana jika cat ini digunakan pada kira-kira 1,000 inci persegi bumbung, bahagian dalam rumah boleh mendapat 10 kilowatt kuasa penyejukan, malah lebih sejuk daripada kebanyakan rumah dengan penghawa dingin berpusat.

 

Sebelum ini, sangat sukar untuk mencapai penyejukan pasif (radiatif) yang cekap. Pada masa ini, penyelesaian yang agak maju ialah menggunakan struktur berbilang lapisan yang kompleks atau lapisan logam reflektif, tetapi ini mengehadkan penggunaannya dalam banyak bidang. Satu lagi ialah untuk mencapai penyejukan pasif melalui cat, tetapi pemantulan kebanyakan cat putih yang digunakan pada masa ini masih dalam julat 80%-90%, dan pemantulan rendah menyukarkan untuk mengekalkan permukaan sejuk. Ini memerlukan pengecatan lapisan cat yang sangat tebal, yang bukan sahaja membazir tetapi juga sangat mudah untuk mengeras, dan julat penggunaannya adalah sempit dan hanya boleh berfungsi dalam keadaan cuaca tertentu tertentu.

 

Untuk menyelesaikan masalah ini, pasukan penyelidik mencipta salutan putih berasaskan kalsium karbonat dengan pemantulan sebanyak 95.5%. Kini, salutan ultra putih nanokomposit baharu berdasarkan barium sulfat yang mereka cipta sudah pasti telah mempromosikan pembangunan teknologi penyejukan pasif ke tahap yang lebih besar. Kertas kerja mereka diterbitkan sebagai artikel penutup dalam jurnal "American Chemical Society Applied Materials & Interfaces".

 

Rahsia "Pemutihan".

Cat super-putih ini mempunyai dua "rahsia" pemutihan. Satu ialah kepekatan tinggi barium sulfat yang ditambahkan pada matriks cat. Kompaun ini mempunyai jurang jalur elektronik yang tinggi, penyerapan cahaya matahari yang rendah dan pemantulan yang tinggi. Ia sering digunakan sebagai pengisi untuk menukar konsistensi dan ditambah kepada beberapa cat putih. Ia juga boleh digunakan sebagai agen pemutih dan ditambah pada kertas foto dan kosmetik.

Para penyelidik menguji sebilangan besar barangan putih di pasaran dan mendapati bahawa menambah barium sulfat sememangnya boleh meningkatkan pemantulan objek, iaitu, ia akan menjadikannya kelihatan lebih putih; yang kedua ialah zarah barium sulfat di dalam cat mempunyai saiz yang berbeza dan mempunyai julat turun naik saiz zarah yang besar. Tahap di mana setiap zarah menyerakkan cahaya berubah-ubah dengan saiz zarahnya, jadi lebih besar taburan julat saiz zarah zarah di dalam cat, lebih banyak cahaya yang boleh dilihat cat boleh berserak.

Kesan superposisi kedua-dua "rahsia" kepekatan tinggi dan saiz zarah yang berbeza ini menjadikan cat baharu ini mempunyai pemantulan yang sangat tinggi. Sudah tentu, kepekatan barium sulfat tidak boleh terlalu tinggi. Walaupun kepekatan yang tinggi membantu menjadikan cat lebih putih, kepekatan yang terlalu tinggi juga akan menjadikan cat lebih berkemungkinan retak atau mengelupas selepas pengeringan, sangat menjejaskan pengalaman pengguna.

 

Gantikan penghawa dingin

Seperti yang kita sedia maklum, cahaya putih ialah cahaya warna yang kompleks, dan objek legap akan menyerap warna cahaya yang berbeza dan memantulkan warna cahaya yang sama, jadi objek putih mempunyai pemantulan yang lebih tinggi. Apabila cat putih digunakan untuk mengecat bumbung, ia boleh memantulkan haba sinaran matahari pada tahap yang besar, dengan berkesan mengurangkan pemindahan haba sinaran dan pemindahan haba perolakan.

Menurut kajian dalam Geophysical Research Letters dalam 2010, jika bumbung rumah di bandar dicat dengan cat putih yang ideal, simulasi komputer mendapati bahawa ini boleh mengurangkan kesan pulau haba sebanyak 33%, mengurangkan keseluruhan suhu bandar sebanyak 0.4 darjah, dan dengan ketara mengurangkan suhu dalaman, dengan itu mengurangkan kadar penggunaan penghawa dingin dan mencapai tujuan pemuliharaan tenaga dan pengurangan pelepasan.

 

Struktur mikro salutan komposit asid barium sulfat-akrilik dengan kepekatan isipadu 60%

 

Reflektif cat yang dibangunkan oleh Universiti Purdue jauh lebih tinggi daripada cat komersial biasa, yang bermaksud bahawa ia mempunyai kesan penyejukan yang lebih baik. Para penyelidik menggunakan peranti pengesan suhu berketepatan tinggi termokopel untuk menguji prestasi penyejukan cat di luar rumah. Dalam eksperimen demonstrasi, cat ini boleh digunakan dalam pelbagai persekitaran. Pada waktu malam, ia boleh membuat permukaan dicat 11 darjah lebih rendah daripada suhu sekeliling, dan dalam cahaya matahari yang kuat pada waktu tengah hari, ia juga boleh menyejukkan permukaan hingga 5 darjah lebih rendah daripada persekitaran sekeliling. Dalam eksperimen selanjutnya, para penyelidik mendapati bahawa walaupun dalam persekitaran sejuk musim sejuk (suhu ujian adalah kira-kira 6 darjah), ia masih boleh mengurangkan permukaan sampel sebanyak 10 darjah, yang membuktikan bahawa cat mempunyai prestasi penyejukan reflektif yang sangat baik.

 

Penyelidik Universiti Purdue, Xiulin Ruan dan Joseph Peoples menggunakan kamera inframerah untuk membandingkan prestasi penyejukan sampel cat putih di atas bumbung.

 

Sebenarnya, jenis cat ultra-putih baharu ini pada asalnya berasal dari kehendak pasukan penyelidik. Mereka pada asalnya mahu menggunakan cat ultra-putih untuk menggantikan penghawa dingin tradisional untuk penyejukan rumah. Selepas itu, mereka membuat banyak penambahbaikan berdasarkan cat penyejukan sinaran yang dibangunkan pada tahun 1970-an, dan menjalankan lebih daripada enam tahun penyelidikan nisbah dan eksperimen. Untuk pemilihan bahan asas cat, mereka pada mulanya mempertimbangkan lebih daripada 100 bahan yang berbeza. Selepas banyak eksperimen, mereka secara beransur-ansur mengecilkan julat kepada 10. Selepas itu, mereka menjalankan ujian silang 50 formula berbeza untuk setiap 10 kumpulan bahan ini.

 

Mereka pada mulanya memperoleh cat putih berasaskan kalsium karbonat, tetapi kalsium karbonat mungkin bertindak balas dalam cuaca ekstrem seperti hujan asid dan menyebabkan cat menjadi rosak, jadi mereka melancarkan cat berasaskan barium sulfat, dan secara khusus mengoptimumkan kestabilan cat untuk kompleks persekitaran luar, dan akhirnya memilih formula cat komposit asid barium sulfat-akrilik dengan kepekatan isipadu 60%. Ini juga menunjukkan bahawa kalsium karbonat tidak sebaik barium sulfat dalam rintangan asid dan alkali.

 

Profesor Xiulin Ruan berkata bahawa jenis cat baharu yang mereka cipta adalah lebih baik daripada cat putih komersial lain yang kini digunakan dari segi pemantulan, prestasi penyejukan dan kestabilan. Pada masa yang sama, proses pembuatannya serasi dengan proses cat komersial biasa dan kosnya boleh dikawal. Oleh itu, cat ini mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam mengurangkan kos penyejukan ruang, memerangi kesan pulau bandar, dan mengurangkan pemanasan global pada masa hadapan. Dalam temu bual dengan BBC, beliau juga berkata: "Kami membuat pengiraan yang sangat kasar bahawa hanya 1% daripada permukaan bumi (mungkin beberapa batu di kawasan tidak berpenghuni) perlu disalut dengan cat ini untuk memainkan peranan dalam memerangi perubahan iklim kepada tahap tertentu."

 

Beri perhatian kepada barium sulfat termendak Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. mempunyai keupayaan untuk menghasilkan pelbagai produk barium sulfat termendak dengan saiz zarah purata 30 nanometer hingga 10 mikron, memfokuskan pada penyediaan produk dan perkhidmatan yang disesuaikan. Perlu dinyatakan bahawa kami boleh melakukan rawatan permukaan yang berbeza pada produk mengikut keperluan pelanggan.

 

Berdasarkan penyelidikan pasukan Profesor Xiulin Ruan, barium sulfat menghasilkan cat paling putih di dunia, yang menunjukkan bahawa barium sulfat termendap Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. memainkan peranan penting sebagai bahan tambahan berfungsi dalam aplikasi salutan. Barium sulfat mempunyai keputihan yang tinggi dan rintangan asid dan alkali. Ia dihasilkan dengan menggabungkan serbuk saiz zarah yang berbeza, yang boleh menjadikan salutan mempunyai serakan spektrum terluas dan membantu untuk mendapatkan pemantulan tertinggi. Ia dipanggil salutan reflektif haba.

 

Jurutera Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. juga berkata bahawa dengan menambahkan kepekatan tinggi barium sulfat dan gabungan saiz zarah yang berbeza bagi barium sulfat untuk mengurangkan jurang antara zarah dan meningkatkan pantulan, lebih banyak boleh ditambah kerana nilai penyerapan minyak yang rendah daripada barium sulfat. Barium sulfat termendak kami mempunyai taburan saiz zarah yang sempit dan zarah yang lebih seragam. Kesannya akan menjadi lebih baik melalui gabungan saiz zarah yang berbeza. Ultra White Barium Sulfate kami sangat popular dalam salutan yang memerlukan kilauan tinggi, dan Extinction Barium Sulfate juga mempunyai ciri uniknya dalam salutan matte dan separa matte.

 

 

Pasukan Profesor Xiulin Ruan telah membuat pencapaian hebat bukan sahaja dalam salutan seni bina, tetapi juga dalam cat semburan untuk kereta, kapal terbang dan kapal angkasa. Barium sulfat boleh meningkatkan kandungan pepejal dan mengurangkan VOC, yang boleh membantu mengurangkan penggunaan penyaman udara, dan memandangkan sistem penghawa dingin ini menggunakan bahan api, ia juga boleh membantu menjimatkan petrol. Dalam aplikasi salutan, menambah barium sulfat termendak, bahan berfungsi, boleh memerangi pemanasan global dengan mengekalkan permukaan yang cukup sejuk untuk mengurangkan keperluan untuk penyaman udara dalaman.