Bariumsulfat skaper verdens hviteste maling

Xiulin Ruan, professor i maskinteknikk ved Purdue University, og studentene hans har laget den hviteste malingen noensinne

 

Professor Xiulin Ruan fra Mechanical Engineering ved Purdue University og studentene hans skapte en gang den hviteste malingen som noen gang er registrert, som nå er inkludert i Guinness Book of World Records. Denne ultrahvite malingen kan reflektere opptil 98,1 % av synlig lys, og på grunn av sin sterke reflektivitet kan den til og med avgi infrarød varme fra den malte overflaten, og har utmerket strålingskjøling.

 

Xiulin Ruan holder opp laboratoriets prøve av den hviteste malingen som er registrert

 

Hvit er en farge som inneholder alle fargene i spekteret. Det er fargen med høyest lysstyrke vi kommer i kontakt med i hverdagen, og det er også en spesiell farge. Den kan ikke blandes med andre farger. Det er den dyreste og mest kjære tilværelsen i malingsboksen til kunststudenter. Det er også en relativt dyr en blant bilspraymaling og industribelegg.

 

Det er mange grunner til å heve "verdien" av hvitt. Ta den hvite malingen som vanligvis brukes i industrien som et eksempel. Sammenlignet med andre malinger er fargen tydeligere påvirket av urenheter, så renseprosessen vil være mer komplisert. Samtidig blir hvit maling lett oksidert og blir gul. Hva slags materialer du skal velge og hvordan du stabiliserer matrisen er også tekniske vanskeligheter.

 

Kort sagt, jo hvitere maling, jo vanskeligere er den å lage. Men forskere har aldri sluttet å forfølge det ultimate, akkurat som mennesker har skapt den svarteste svarte "Vanta Black", som kan absorbere 99,9 % av synlig lys. I kontrast er det en mann som også er besatt av å forfølge det ultimate hvite. Etter mer enn seks år med hardt arbeid av ham og teamet hans, gjorde han det endelig nylig. Han er professor Ruan Xiulin fra Purdue University i USA. Nylig ledet han teamet sitt for å lage den hviteste hvite malingen i menneskets historie. Denne ultrahvite malingen kan reflektere opptil 98,1 % av synlig lys, samtidig som den avgir infrarød varme fra den malte overflaten, og har utmerket strålingskjøling.

 

Et infrarødt kamera viser hvordan en prøve av den hviteste hvite malingen (den mørke lilla firkanten i midten) faktisk avkjøler brettet under omgivelsestemperatur, noe som ikke engang kommersielle "varmeavvisende" malinger gjør.

 

Siden han begynte i Purdue University i 2008, har professor Xiulin Ruan vært engasjert i forskning innen energi- og termofysikkteknikk. Etter nylig å ha publisert forskningsresultatene for superhvit maling, tok han imot intervjuer fra mange medier og snakket om at hvis denne malingen påføres omtrent 1,000 kvadrattommer av taket, kan husets indre få 10 kilowatt kjølekraft, enda kjøligere enn de fleste hus med sentralt klimaanlegg.

 

Før dette var det svært vanskelig å oppnå effektiv passiv (strålings)kjøling. For tiden er en relativt avansert løsning å bruke komplekse flerlagsstrukturer eller reflekterende metalllag, men dette begrenser deres anvendelse på mange felt. En annen er å oppnå passiv kjøling gjennom maling, men reflektiviteten til de fleste hvite malinger som brukes for tiden er fortsatt i området 80 %-90 %, og den lave reflektiviteten gjør det vanskelig å holde overflaten kjølig. Dette krever maling av et veldig tykt lag med maling, som ikke bare er sløsing, men også veldig lett å herde, og bruksområdet er smalt og kan bare fungere under visse spesifikke værforhold.

 

For å løse dette problemet oppfant forskerteamet et kalsiumkarbonatbasert hvitt belegg med en reflektivitet på 95,5 %. Nå har det nye ultrahvite nanokomposittbelegget basert på bariumsulfat de oppfant utvilsomt fremmet utviklingen av passiv kjøleteknologi i større grad. Papiret deres ble publisert som en omslagsartikkel i tidsskriftet "American Chemical Society Applied Materials & Interfaces".

 

"Whiteing" hemmeligheter

Denne superhvite malingen har to blekende "hemmeligheter". Den ene er den høye konsentrasjonen av bariumsulfat tilsatt malingsmatrisen. Denne forbindelsen har et høyt elektronisk båndgap, lav sollysabsorpsjon og høy reflektivitet. Det brukes ofte som fyllstoff for å endre konsistensen og legges til noen hvite malinger. Den kan også brukes som blekemiddel og legges til fotopapir og kosmetikk.

Forskerne testet et stort antall hvite gjenstander på markedet og fant ut at tilsetning av bariumsulfat faktisk kan øke gjenstandens refleksjonsevne betraktelig, det vil si at det vil se hvitere ut; den andre er at bariumsulfatpartiklene inne i malingen er av forskjellige størrelser og har et stort partikkelstørrelsesvariasjonsområde. Graden som hver partikkel sprer lys varierer med partikkelstørrelsen, så jo større partikkelstørrelsesområdefordelingen er til partiklene inne i malingen, jo mer synlig lys kan malingen spre.

Superposisjonseffekten til disse to "hemmelighetene" med høy konsentrasjon og forskjellige partikkelstørrelser gjør at denne nye malingen har ekstremt høy reflektivitet. Konsentrasjonen av bariumsulfat kan selvfølgelig ikke være for høy. Selv om høy konsentrasjon bidrar til å gjøre malingen hvitere, vil for høy konsentrasjon også gjøre at malingen sprekker eller skreller etter tørking, noe som i stor grad påvirker brukeropplevelsen.

 

Bytt klimaanlegget

Som vi alle vet, er hvitt lys et komplekst fargelys, og et ugjennomsiktig objekt vil absorbere forskjellige lysfarger og reflektere samme lysfarge, så hvite objekter har høyere reflektivitet. Når hvit maling brukes til å male taket, kan den reflektere solens strålevarme i stor grad, og effektivt redusere strålingsvarmeoverføring og konveksjonsvarmeoverføring.

Ifølge en studie i Geophysical Research Letters i 2010, hvis hustakene i byen er malt med ideell hvit maling, fant datasimulering at dette kan redusere varmeøyeffekten med 33 %, redusere den totale byens temperatur med 0,4 grader , og redusere innendørstemperaturen betydelig, og dermed redusere brukshastigheten til klimaanlegg og oppnå formålet med energisparing og utslippsreduksjon.

 

Mikrostruktur av bariumsulfat-akrylsyre komposittbelegg med en volumkonsentrasjon på 60 %

 

Refleksjonsevnen til malingen utviklet av Purdue University er mye høyere enn for vanlig kommersiell maling, noe som betyr at den har en bedre kjøleeffekt. Forskerne brukte et termoelement med høy presisjon temperaturdeteksjonsenhet for å teste kjøleytelsen til malingen utendørs. I demonstrasjonseksperimentet kan denne malingen brukes i en rekke miljøer. Om natten kan det gjøre den malte overflaten 11 grader lavere enn omgivelsestemperaturen, og i det sterke sollys ved middagstid kan den også avkjøle overflaten til 5 grader lavere enn omgivelsene. I ytterligere eksperimenter fant forskerne at selv i det kalde miljøet om vinteren (testtemperaturen var ca. 6 grader), kunne den fortsatt redusere overflaten av prøven med 10 grader, noe som viste at malingen har utmerket reflekterende kjøleevne.

 

Purdue University-forskerne Xiulin Ruan og Joseph Peoples bruker et infrarødt kamera for å sammenligne kjøleytelsen til hvite malingsprøver på et tak.

 

Faktisk kom denne nye typen ultrahvit maling opprinnelig fra et innfall fra forskerteamet. De ønsket opprinnelig å bruke ultrahvit maling for å erstatte tradisjonelle klimaanlegg for huskjøling. Etter det gjorde de mange forbedringer basert på strålingskjølende maling utviklet på 1970-tallet, og gjennomførte mer enn seks år med forholdsforskning og eksperimenter. For valg av grunnmaterialet til malingen vurderte de i utgangspunktet mer enn 100 forskjellige materialer. Etter mange eksperimenter snevret de gradvis inn området til 10. Etter det gjennomførte de krysstester av 50 forskjellige formler for hver av disse 10 materialene.

 

De skaffet opprinnelig en kalsiumkarbonatbasert hvit maling, men kalsiumkarbonat kan reagere i ekstremvær som sur nedbør og føre til at malingen forringes, så de lanserte en bariumsulfatbasert maling, og spesifikt optimaliserte stabiliteten til malingen for kompleks utemiljøer, og valgte til slutt en bariumsulfat-akrylsyre komposittmaling med en volumkonsentrasjon på 60%. Dette viser også at kalsiumkarbonat ikke er like god som bariumsulfat i syre- og alkaliresistens.

 

Professor Xiulin Ruan sa at den nye malingstypen de fant opp er overlegen andre kommersielle hvite malinger som for tiden brukes når det gjelder reflektivitet, kjøleevne og stabilitet. Samtidig er produksjonsprosessen kompatibel med vanlige kommersielle malingsprosesser, og kostnadene er kontrollerbare. Derfor har denne malingen brede bruksmuligheter for å redusere kostnadene for kjøling av rom, bekjempe effekter på urbane øyer og lindre global oppvarming i fremtiden. I et intervju med BBC sa han også: "Vi gjorde en veldig grov beregning om at bare 1% av jordens overflate (kanskje noen steiner i ubebodde områder) må belegges med denne malingen for å spille en rolle i å bekjempe klimaendringer til en viss grad."

 

Vær oppmerksom på det utfelte bariumsulfatet fra Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. har evnen til å produsere ulike utfelte bariumsulfatprodukter med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 30 nanometer til 10 mikron, med fokus på å tilby tilpassede produkter og tjenester. Det er verdt å nevne at vi kan utføre ulike overflatebehandlinger på produkter etter kundens behov.

 

Basert på forskningen til professor Xiulin Ruans team, skaper bariumsulfat den hviteste malingen i verden, noe som viser at det utfelte bariumsulfatet fra Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. spiller en viktig rolle som et funksjonelt tilsetningsstoff i beleggsapplikasjoner. Bariumsulfat har høy hvithet og motstand mot syre og alkali. Det produseres ved å kombinere pulver med forskjellige partikkelstørrelser, noe som kan gjøre at belegget har den bredeste spektralspredningen og bidrar til å oppnå den høyeste reflektiviteten. Det kalles varmereflekterende belegg.

 

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.-ingeniører sa også at ved å tilsette høye konsentrasjoner av bariumsulfat og kombinasjoner av forskjellige partikkelstørrelser av bariumsulfat for å redusere gapet mellom partiklene og forbedre refleksjon, kan mer legges til på grunn av den lave oljeabsorpsjonsverdien av bariumsulfat. Vårt utfelte bariumsulfat har en smal partikkelstørrelsesfordeling og mer jevne partikler. Effekten blir bedre gjennom kombinasjonen av ulike partikkelstørrelser. Vårt Ultra White Barium Sulfate er veldig populært i belegg som krever høyglans, og Extinction Barium Sulfate har også sine unike egenskaper i matte og halvmatte belegg.

 

 

Professor Xiulin Ruans team har gjort store prestasjoner ikke bare innen arkitektoniske belegg, men også i spraymaling for biler, fly og romfartøy. Bariumsulfat kan øke faststoffinnholdet og redusere VOC, noe som kan bidra til å redusere forbruket av klimaanlegg, og siden disse klimaanlegget bruker drivstoff, kan det også bidra til å spare bensin. I beleggapplikasjoner kan tilsetning av utfelt bariumsulfat, et funksjonelt materiale, bekjempe global oppvarming ved å holde overflaten kjølig nok til å redusere behovet for intern klimaanlegg.