Исследователи проверили эту концепцию, покрасив холодные кровельные покрытия в рубиново-красный цвет (оксид алюминия, легированный хромом). Под руководством ученого из лаборатории Беркли Пол Бердал они впервые обнаружили, что белая краска, покрытая слоем кристаллов рубина, остается такой же прохладной, как коммерческое белое покрытие.
Затем они синтезировали рубиновый пигмент для создания покрытий. Их результаты были недавно опубликованы в журнале Solar Energy Materials & Solar Cells в статье под названием «Флуоресцентное охлаждение объектов, подверженных воздействию солнечного света – пример рубина."
Существенное исследование, проведенное в течение многих лет группой Heat Island лаборатории Berkeley Lab, показало, что отражающие крыши и стены могут охлаждать здания и автомобили. Это снижает потребность в кондиционировании воздуха и снижает эффект городского теплового острова.
Отражая солнечные лучи обратно в космос, эти прохладные материалы также выделяют меньше тепла в атмосферу, тем самым охлаждая планету и компенсируя эффект потепления от значительного количества выбросов парниковых газов.
Однако более широкому распространению холодных крыш препятствуют эстетические соображения. «Мы много раз слышали (от производителей кровельных материалов), что« мы не можем продавать белые или пастельные крыши; нашим клиентам нужны темно-зеленые, темно-коричневые и т. Д. », – сказал Бердал.
За последние 15 лет исследователи Heat Island Group использовали специальные пигменты, которые сильно отражают невидимый "ближний инфракрасный" свет, чтобы сделать темные поверхности более прохладными на солнце, чем обычные темные поверхности, но все же не такими холодными, как белые поверхности. Эта новая работа показывает, что флуоресцентное охлаждение может повысить эффективность этих пигментов за счет повторного излучения на более длинных волнах части видимого света, который поверхность должна поглощать, чтобы казаться темной.
Это открывает возможность использования более темных цветов не только для прохладных крыш, но и для любых объектов, которые подвергаются длительному пребыванию на солнце, включая автомобили, корабли, резервуары для хранения и трубопроводы из ПВХ. "Мы действительно думаем, что автомобили будут наиболее вероятным применением", – сказал Бердал. "И дело не только в комфорте или экономии энергии за счет отказа от переменного тока. Мы узнали от коллег, что у электромобилей срок службы батареи снижается из-за более высоких температур, поэтому, если вы можете охладить автомобиль с помощью подходящего покрытия, это продлит срок службы батареи."
Использование флуоресценции или фотолюминесценции для холодных материалов – новая концепция, и Бердал, физик по образованию, имеет патент на эту технологию. «Люди понимают, что флуоресцентные материалы излучают энергию», – сказал он. "Что нового здесь, так это использование процесса флуоресценции для охлаждения зданий."
Когда свет попадает на флуоресцентный материал, материал в ответ активно излучает энергию, а не пассивно отражает ее.
Идея Бердала заключалась в том, чтобы найти материал, который будет поглощать видимый свет и флуоресцировать (переизлучать) в основном или полностью в невидимой ближней инфракрасной части солнечного спектра. «Были идентифицированы тысячи флуоресцентных соединений», – сказал он. "Свойства Ruby хорошо известны и хорошо изучены, и я понял, что это материал, который может работать."
Его первый эксперимент заключался в использовании набора синтетических кристаллов рубина, которые он купил в Интернете и сказал, что они на удивление недороги. Прикрепленное к ярко-белому покрытию и под воздействием яркого солнечного света, покрытое темно-красным рубиновым покрытием покрытие оставалось холоднее, чем не совсем белая поверхность.
Сотрудник Berdahl и Berkeley Lab Шэрон Чен затем синтезировала порошок рубина или оксид алюминия, допированный различным количеством хрома, чтобы создать разные оттенки красного пигмента. Из порошков приготовили рубиновую краску и нанесли ее на ярко-белые подложки.
Под воздействием солнечного света образцы рубиновой краски оставались такими же холодными, как белые материалы.
«Рубиновый порошок требует дополнительной работы, чтобы сделать его таким же темно-красным, как кристалл рубина», – сказал Бердал.
Бердал сказал, что если продукт будет коммерциализирован, его стоимость не будет значительной, а его долговечность, как ожидается, будет такой же, как и у других покрытий. «Рубины имеют репутацию дорогих, но в основном это оксид алюминия, который продается по цене около 70 центов за килограмм (или около 30 центов за фунт)», – сказал он.
PPG Industries, производитель покрытий из Питтсбурга, штат Пенсильвания, также участвующий в исследовании, проводит испытания на атмосферостойкость прототипных флуоресцентных покрытий.
В последующей работе Бердал определил синие материалы, которые также флуоресцируют, и показал, что их можно комбинировать с другими цветами, чтобы получить зеленые и даже черные материалы, которые остаются прохладными.