Bariumsulfat skapar världens vitaste färg

Xiulin Ruan, professor i maskinteknik vid Purdue University, och hans studenter har skapat den vitaste färgen någonsin

 

Professor Xiulin Ruan i maskinteknik vid Purdue University och hans studenter skapade en gång den vitaste färgen som någonsin registrerats, som nu har tagits med i Guinness World Records Book. Denna ultravita färg kan reflektera upp till 98,1 % av synligt ljus, och på grund av sin starka reflektionsförmåga kan den till och med avge infraröd värme från den målade ytan och har utmärkt strålningskylningsprestanda.

 

Xiulin Ruan håller upp sitt labbs prov av den vitaste färgen någonsin

 

Vit är en färg som innehåller alla färger i spektrat. Det är färgen med den högsta ljusstyrkan som vi kommer i kontakt med i vårt dagliga liv, och det är också en speciell färg. Det går inte att blanda med andra färger. Det är den dyraste och mest omhuldade tillvaron i konststudenternas målarlåda. Det är också en relativt dyr sådan bland bilsprayfärg och industriella beläggningar.

 

Det finns många anledningar till att höja "värdet" av vitt. Ta den vita färgen som vanligtvis används i branschen som ett exempel. Jämfört med andra färger är dess färg mer uppenbart påverkad av föroreningar, så dess reningsprocess blir mer komplicerad. Samtidigt oxideras vit färg lätt och blir gul. Vilken typ av material man ska välja och hur man stabiliserar sin matris är också tekniska svårigheter.

 

Kort sagt, ju vitare färgen är, desto svårare är den att göra. Men forskare har aldrig slutat sträva efter det ultimata, precis som människor har skapat den svartaste svarta "Vanta Black", som kan absorbera 99,9% av synligt ljus. Däremot finns det en man som också är besatt av att jaga det ultimata vita. Efter mer än sex år av hårt arbete av honom och hans team gjorde han det äntligen nyligen. Han är professor Ruan Xiulin från Purdue University i USA. Nyligen ledde han sitt team för att skapa den vitaste vita färgen i mänsklighetens historia. Denna ultravita färg kan reflektera upp till 98,1 % av synligt ljus, samtidigt som den avger infraröd värme från den målade ytan och har utmärkt strålningskylningsprestanda.

 

En infraröd kamera visar hur ett prov av den vitaste vita färgen (den mörklila fyrkanten i mitten) faktiskt kyler brädan under omgivningstemperatur, något som inte ens kommersiella "värmeavvisande" färger gör.

 

Sedan professor Xiulin Ruan började på Purdue University 2008 har han engagerat sig i forskning inom energi- och termofysikteknik. Efter att nyligen ha publicerat forskningsresultaten för supervit färg, accepterade han intervjuer från många medier och talade om hur om denna färg appliceras på cirka 1,000 kvadrattum av taket, kan husets insida få 10 kilowatt av kyleffekt, ännu svalare än de flesta hus med central luftkonditionering.

 

Innan detta var det mycket svårt att uppnå effektiv passiv (strålnings)kyla. För närvarande är en relativt avancerad lösning att använda komplexa flerskiktsstrukturer eller reflekterande metallskikt, men detta begränsar deras tillämpning inom många områden. En annan är att uppnå passiv kylning genom färg, men reflektionsförmågan för de flesta vita färger som används för närvarande ligger fortfarande inom intervallet 80 %-90 %, och den låga reflektionsförmågan gör det svårt att hålla ytan sval. Detta kräver att man målar ett mycket tjockt lager färg, vilket inte bara är slösaktigt utan också mycket lätt att härda, och dess användningsområde är smalt och kan bara fungera under vissa specifika väderförhållanden.

 

För att lösa detta problem uppfann forskargruppen en kalciumkarbonatbaserad vit beläggning med en reflektionsförmåga på 95,5 %. Nu har den nya ultravita nanokompositbeläggningen baserad på bariumsulfat som de uppfann utan tvekan främjat utvecklingen av passiv kylningsteknik i större utsträckning. Deras papper publicerades som en omslagsartikel i tidskriften "American Chemical Society Applied Materials & Interfaces".

 

"Whitening" hemligheter

Denna supervita färg har två blekande "hemligheter". En är den höga koncentrationen av bariumsulfat som tillsätts till färgmatrisen. Denna förening har ett högt elektroniskt bandgap, låg solljusabsorption och hög reflektivitet. Det används ofta som fyllmedel för att ändra konsistensen och läggs till vissa vita färger. Det kan också användas som blekningsmedel och läggas till fotopapper och kosmetika.

Forskarna testade ett stort antal vita föremål på marknaden och fann att tillsats av bariumsulfat verkligen kan öka föremålets reflektionsförmåga avsevärt, det vill säga att det kommer att se vitare ut; den andra är att bariumsulfatpartiklarna inuti färgen är av olika storlek och har ett stort variationsområde för partikelstorleken. Graden till vilken varje partikel sprider ljus fluktuerar med dess partikelstorlek, så ju större partikelstorleksfördelningen är för partiklarna inuti färgen, desto mer synligt ljus kan färgen sprida.

Superpositionseffekten av dessa två "hemligheter" med hög koncentration och olika partikelstorlekar gör att denna nya färg har extremt hög reflektionsförmåga. Naturligtvis kan koncentrationen av bariumsulfat inte vara för hög. Även om hög koncentration hjälper till att göra färgen vitare, kommer för hög koncentration också att göra att färgen spricker eller flagnar efter torkning, vilket i hög grad påverkar användarupplevelsen.

 

Byt ut luftkonditioneringen

Som vi alla vet är vitt ljus ett komplext färgljus, och ett ogenomskinligt föremål kommer att absorbera olika ljusfärger och reflektera samma ljusfärg, så vita föremål har en högre reflektionsförmåga. När vit färg används för att måla taket kan den reflektera solens strålningsvärme i stor utsträckning, vilket effektivt minskar strålningsvärmeöverföringen och konvektionsvärmeöverföringen.

Enligt en studie i Geophysical Research Letters i 2010, om taken på hus i staden målas med idealisk vit färg, fann datorsimulering att detta kan minska värmeöeffekten med 33 %, minska den totala stadens temperatur med 0,4 grader och avsevärt sänka inomhustemperaturen, och därigenom minska användningen av luftkonditioneringsapparater och uppnå syftet med energibesparing och utsläppsminskning.

 

Mikrostruktur av bariumsulfat-akrylsyrakompositbeläggning med en volymkoncentration på 60 %

 

Reflexionsförmågan hos färgen som utvecklats av Purdue University är mycket högre än för vanlig kommersiell färg, vilket gör att den har en bättre kyleffekt. Forskarna använde ett termoelement med hög precision för temperaturdetektering för att testa färgens kylningsförmåga utomhus. I demonstrationsexperimentet kan denna färg användas i en mängd olika miljöer. På natten kan det göra den målade ytan 11 grader lägre än den omgivande temperaturen, och i det starka solljuset vid middagstid kan den även kyla ytan till 5 grader lägre än den omgivande miljön. I ytterligare experiment fann forskarna att även i den kalla miljön på vintern (testtemperaturen var cirka 6 grader), kunde den fortfarande minska ytan på provet med 10 grader, vilket visade att färgen har utmärkt reflekterande kylningsförmåga.

 

Purdue University-forskarna Xiulin Ruan och Joseph Peoples använder en infraröd kamera för att jämföra kylningsprestandan hos vita färgprover på ett tak.

 

Faktum är att denna nya typ av ultravit färg ursprungligen kom från ett infall från forskargruppen. De ville ursprungligen använda ultravit färg för att ersätta traditionella luftkonditioneringsapparater för huskylning. Efter det gjorde de många förbättringar baserade på den strålningskylningsfärg som utvecklades på 1970-talet och genomförde mer än sex år av kvotforskning och experiment. För valet av grundmaterialet i färgen övervägde de från början mer än 100 olika material. Efter många experiment minskade de gradvis intervallet till 10. Därefter genomförde de korstester av 50 olika formler för var och en av dessa 10 materialgrupper.

 

De fick till en början en kalciumkarbonatbaserad vit färg, men kalciumkarbonat kan reagera i extremt väder som surt regn och få färgen att försämras, så de lanserade en bariumsulfatbaserad färg och optimerade specifikt färgens stabilitet för komplex utomhusmiljöer, och valde slutligen en bariumsulfat-akrylsyrakompositfärgformel med en volymkoncentration på 60%. Detta visar också att kalciumkarbonat inte är lika bra som bariumsulfat i syra- och alkalibeständighet.

 

Professor Xiulin Ruan sa att den nya typen av färg de uppfann är överlägsen andra kommersiella vita färger som för närvarande används när det gäller reflektivitet, kylprestanda och stabilitet. Samtidigt är dess tillverkningsprocess kompatibel med vanliga kommersiella färgprocesser och kostnaden är kontrollerbar. Därför har denna färg breda användningsmöjligheter för att minska kostnaderna för kylning av utrymmen, bekämpa effekterna på urbana öar och lindra den globala uppvärmningen i framtiden. I en intervju med BBC sa han också: "Vi gjorde en mycket grov beräkning att endast 1% av jordens yta (kanske vissa stenar i obebodda områden) behöver beläggas med denna färg för att spela en roll i kampen mot klimatförändringar. en viss utsträckning."

 

Var uppmärksam på det utfällda bariumsulfatet från Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. har förmågan att producera olika utfällda bariumsulfatprodukter med en genomsnittlig partikelstorlek på 30 nanometer till 10 mikron, med fokus på att tillhandahålla skräddarsydda produkter och tjänster. Värt att nämna är att vi kan utföra olika ytbehandlingar på produkter efter kundens behov.

 

Baserat på forskning från professor Xiulin Ruans team skapar bariumsulfat den vitaste färgen i världen, vilket visar att det utfällda bariumsulfatet från Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. spelar en viktig roll som en funktionell tillsats i beläggningstillämpningar. Bariumsulfat har hög vithet och syra- och alkalibeständighet. Den framställs genom att kombinera pulver av olika partikelstorlekar, vilket kan göra att beläggningen har den bredaste spektrala spridningen och hjälper till att få högsta reflektionsförmåga. Det kallas värmereflekterande beläggning.

 

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.s ingenjörer sa också att genom att lägga till höga koncentrationer av bariumsulfat och kombinationer av olika partikelstorlekar av bariumsulfat för att minska klyftan mellan partiklar och förbättra reflektion, kan mer läggas till på grund av det låga oljeabsorptionsvärdet av bariumsulfat. Vårt utfällda bariumsulfat har en snäv partikelstorleksfördelning och mer enhetliga partiklar. Effekten blir bättre genom kombinationen av olika partikelstorlekar. Vårt Ultra White Barium Sulfate är mycket populärt i beläggningar som kräver hög glans, och Extinction Barium Sulfate har även sina unika egenskaper i matta och halvmatta beläggningar.

 

 

Professor Xiulin Ruans team har gjort stora framsteg, inte bara i arkitektoniska beläggningar, utan också i sprayfärger för bilar, flygplan och rymdfarkoster. Bariumsulfat kan öka fast innehåll och minska VOC, vilket kan bidra till att minska luftkonditioneringsförbrukningen, och eftersom dessa luftkonditioneringssystem förbrukar bränsle kan det också hjälpa till att spara bensin. I beläggningstillämpningar kan tillsats av utfällt bariumsulfat, ett funktionellt material, bekämpa den globala uppvärmningen genom att hålla ytan tillräckligt sval för att minska behovet av intern luftkonditionering.