Ερευνητές στην Κίνα ισχυρίζονται ότι παρήγαγαν μια φωτοφωταυγή (photoluminescent) αερογέλη με ανακλαστικότητα ορατού φωτός της τάξης του 104%. Όταν το υλικό τοποθετήθηκε στο ηλιακό φως, διαπιστώθηκε ότι είχε τη δυνατότητα να ψύχει τις επιφάνειες στις οποίες εφαρμόστηκε έως και 16°C κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος! Το υλικό είναι επίσης ανακυκλώσιμο, κομποστοποιήσιμο και φιλικό προς το περιβάλλον. Ωστόσο, άλλοι ερευνητές έχουν εκφράσει σκεπτικισμό για αρκετές πτυχές των ισχυρισμών της έρευνας, αναγνωρίζοντας ωστόσο ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να έχει πολύ υποσχόμενες εφαρμογές σε εφαρμογές χρωματισμού επιφανειών.
Καθώς το κλίμα της Γης αλλάζει, η ανάγκη ψύξης των κτιρίων γίνεται όλο και πιο επιτακτική. Ως εκ τούτου, ερευνητικές ομάδες ανά τον πλανήτη επιδιώκουν την ανάπτυξη τεχνολογιών ψύξης με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.
Το 2014, ο Aaswath Raman του πανεπιστημίου του Stanford και οι συνεργάτες του παρήγαγαν μια επιφάνεια που επέδειξε ψυκτικές ιδιότητες μέσω ακτινοβόλησης και η οποία ήταν εξαιρετικά ανακλαστική σε ορατά μήκη κύματος – όπου η ακτινοβολία του ήλιου κορυφώνεται – αλλά διέθετε εκπομπή ακτινοβολίας στο μέσο υπέρυθρο, όπου ακτινοβολούν τα θερμά σώματα στη Γη.
Σε πλήρες ηλιακό φως, η θερμοκρασία της επιφάνειας παρέμεινε 5°C κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η επιφάνεια ήταν κατασκευασμένη από επτά εναλλασσόμενες στρώσεις διοξειδίου του πυριτίου και διοξειδίου του αφνίου, με ακρίβεια νανομέτρων. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν πιο επεκτάσιμες τεχνικές που αφορούν πολυμερείς μεμβράνες δύο στρώσεων, βαφές και ψυκτικό ξύλο. Όλες αυτές οι τεχνολογίες, ωστόσο, δεν μπόρεσαν να εμποδίσουν πλήρως την απορρόφηση φωτονίων σε ορατά μήκη κύματος.
Μία αερογέλη με ασυνήθιστα συστατικά
Σε νέα έρευνα, ο Jian-Wen Ma και συνάδελφοι του στο Πανεπιστήμιο Sichuan στο Chengdu, αντιμετώπισαν αυτό το ζήτημα αναπτύσσοντας μια αερογέλη, με το υδρογόνο ως συνδετικό μέσο, από άμεσα διαθέσιμη βιομάζα. Οι ερευνητές ξήραναν μέσω κατάψυξης ένα διάλυμα DNA γενετικού υλικού σολομού, διαθέσιμου στο εμπόριο, και ζελατίνη. Η εξάχνωση των κρυστάλλων πάγου άφησε μια στρωματοποιημένη αερογέλη με υψηλή αντοχή σε θλίψη.
Η συγκράτηση της αερογέλης επετεύχθη μέσω ιοντικών δεσμών υδρογόνου μεταξύ των φωσφορικών ομάδων στο DNA και των ομάδων υδροξυλίου και αμινοξέων στη ζελατίνη. Η απλή διαβροχή του υλικού διαλυτοποιεί αυτές τις ομάδες, επιτρέποντας τη «συγκόλληση με νερό» των δομικών συστατικών της αερογέλης σε μεγάλα φύλλα χωρίς θέρμανση ή χρήση άλλων χημικών αντιδραστηρίων. Η ίδια τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επούλωση βλαβών. Στο τέλος της ζωής του, το υλικό μπορεί να ανακυκλωθεί ή να κομποστοποιηθεί.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, το υλικό απορρόφησε πολύ λίγο φως σε ορατά και εγγύς υπέρυθρα μήκη κύματος. Τα υπεριώδη φωτόνια, ωστόσο, επέφεραν διέγερση των ηλεκτρονίων στη μήτρα του υλικού, με αποτέλεσμα το υλικό να εμφανίσει απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας. Αυτή η διέγερση των ηλεκτρονίων, και η επιστροφή τους σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας με την παράλληλη εκπομπή ακτινοβολίας, είχαν ως αποτέλεσμα την εκπομπή μπλε φωτός από το υλικό.
Ως αποτέλεσμα, η ανάκλαση στο ορατό φως που μετρήθηκε από τους ερευνητές έφτασε στην πραγματικότητα το 104%. Εν τω μεταξύ, η παρουσία μιας ευρείας σειράς απλών και διπλών δεσμών μεταξύ άνθρακα, οξυγόνου, αζώτου και φωσφόρου εντός της μήτρας του υλικού, εξασφάλισε μια ευρεία ζώνη εκπομπής πάνω από 90% στο υπέρυθρο φάσμα.
Περαιτέρω δοκιμές έδειξαν ότι υπό συνθήκες πλήρους ηλιοφάνειας, η αερογέλη εψύξε τις επιφάνειες τις οποίες είχε επικαλύψει έως και 16°C κάτω από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα. Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι, εάν η αερογέλη χρησιμοποιηθεί ως εξωτερικό στρώμα σε οικοδομικά υλικά, θα μπορούσε να μειώσει την ενέργεια που απαιτείται για την ψύξη ενός κτιρίου κατά 69%.
Η θερμοδυναμική του υλικού είναι προβληματική
Άλλοι ερευνητές, ωστόσο, έχουν εκφράσει δυσπιστία για τα ευρήματα. Ο Raman του πανεπιστημίου της California στο Los Angeles, λέει ότι «είναι σίγουρα ένα ενδιαφέρον υλικό», αλλά διαφωνεί με το ποσοστό ανακλαστικότητας του 104%. Ο ερευνητής υποστηρίζει ότι οι λαμπτήρες που χρησιμοποιούνται στα εργαστηριακά φασματοφωτόμετρα περιέχουν πολύ περισσότερο υπεριώδες φως από ό,τι υπάρχει στο ηλιακό φως, σε σημείο που «είναι πραγματικά επικίνδυνο να βάζει κάποιος το χέρι του μπροστά από αυτές τις λάμπες UV φωτός», οπότε πιστεύει ότι η ορατή φωτοφωταύγεια από την απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας εμφανίζεται τεχνητά αυξημένη.
Λέει επίσης ότι το συγκεκριμένο αποτέλεσμα έχει μικρή σημασία μεμονωμένα, «Δεν μπορείτε να έχετε ένα υλικό με ανακλαστικότητα άνω του 100% σε ολόκληρο το ηλιακό φάσμα. Η σωστή ερώτηση είναι: αν κοιτάξω σε ολόκληρο το ηλιακό φάσμα, ποια είναι η ανάκλαση του υλικού; Δεν νομίζω ότι οι ερευνητές το έχουν αναφέρει αυτό». Καταλήγοντας, λεει: «Με εκπλήσσει αυτό το έγγραφο που δημοσιεύτηκε ως έχει»
Ο Ma απαντά ότι η ομάδα πραγματοποίησε τις καλύτερα διαθέσιμες μετρήσεις με τον τρέχοντα εξοπλισμό και προσπαθούν να τις βελτιώσουν περαιτέρω. Σημειώνει επίσης ότι η απορρόφηση είναι μια εγγενής ιδιότητα ενός υλικού, επομένως ο συντονισμός ενός υλικού έτσι ώστε το υπεριώδες φως να εκπέμπεται ξανά στην ορατή περιοχή, μειώνει την παραγωγή ηλιακής θερμότητας. «Το ορατό και το εγγύς υπέρυθρο φως είναι πιο πιθανό να παράγουν θερμότητα από το υπεριώδες φως», εξηγεί.
Το υλικό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε επιστρώσεις υψηλής ανακλαστικότητας που διατηρούν τα κτίρια δροσερά χωρίς να καταναλώνουν ενέργεια.
Ο Po-Chun Hsu του πανεπιστημίου του Chicago προβλέπει ότι αυτή η τελευταία δήλωση, «θα οδηγήσει σε κάποια συζήτηση σχετικά με τον ορισμό της ερευνητικής ομάδας για την εξοικονόμηση ενέργειας και εάν αυτό θα προκαλέσει πραγματικά περισσότερη ψύξη, επειδή πράγματι ακούγεται σαν να αντιτίθεται στον πρώτο και δεύτερο Νόμο της θερμοδυναμικής».
Ο Raman και ο Hsu πιστεύουν, ωστόσο, ότι η αερογέλη μπορεί να έχει δυναμική σε υλικά χρωματισμού μέσω της απορρόφησης του ορατού φωτός σε ένα μήκος κύματος και της επανεκπομπής του σε ένα άλλο. «Έχουν αυτό το μοναδικό πλεονέκτημα να παρέχουν χρώμα σε ψυκτικά υλικά μέσω ακτινοβόλησης, εάν μπορούν να χρησιμοποιήσουν την εκπομπή της ακτινοβολίας για να παρέχουν χρωματισμό», λέει ο Hsu. Ο Raman, ωστόσο, σημειώνει ότι αυτή η ιδέα προτάθηκε για πρώτη φορά το 2016 από τον Paul Berdahl και τους συνεργάτες του στο πανεπιστήμιο της California στο Berkeley.
Ερωτηθείς για τη μελέτη, ο Berdahl, ο οποίος έχει πλέον αποσυρθεί, προσέθεσε ακόμη ένα δεδομένο: η μέτρηση των ερευνητών ότι η επιφάνεια τους ψύχθηκε κατά 16°C χαμηλότερα από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος έγινε με θερμοκρασία περιβάλλοντος 47°C. Ωστόσο, τα ιστορικά μετεωρολογικά δεδομένα δε δείχνουν ότι η θερμοκρασία στο Chengdu την ημερομηνία που αναφέρεται ήταν πάνω από τους 20°C.
Με πληροφορίες από chemistryworld.com
