Вчені виготовили білу фарбу з наповнювачем з мікрометрових частинок карбонату кальцію і поспостерігали за поведінкою покриття з такої речовини під променями сонця. Виявилося, що фарба відображає близько 95,5 відсотка падаючої енергії випромінювання і дозволяє поверхні ставати на 1,7 градуса Цельсія холодніше навколишнього середовища в денний час і до 10 градусів - у нічний. За словами авторів, якщо подальші випробування підтвердять придатність речовини для тривалого використання в різних погодних умовах, фарбу можна буде застосовувати для пасивного охолодження будівель і зовнішніх електричних систем. Дослідження опубліковано в.
Предмети здаються білими, якщо вони рівномірно і майже без втрат відображають падаючу енергію випромінювання всіх довжин хвиль видимого діапазону. Така властивість білого кольору робить його корисним для систем пасивного охолодження: щоб скоротити енергоспоживання кондиціонерів, поверхні будівель пофарбовують у світлі тони - в результаті частина енергії світла відображається у вигляді теплового випромінювання, і нагрів слабшає.
Крім того, кондиціонери просто відводять тепло з будівлі і, таким чином, підвищують температуру навколишнього середовища, в той час як теплове випромінювання поводиться інакше. Довжина хвилі теплових фотонів, що несуть основну частину всієї енергії, лежить поблизу певного значення, яке задається температурою випромінювального тіла. Для типових температур в умовах Землі це значення довжини хвилі, як правило, лежить в інфрачервоній області і потрапляє у вікно прозорості атмосфери (8-13 мкм) - діапазон довжин хвиль, в якому фотони поширюються в атмосфері практично без поглинання, а значить майже не нагрівають повітря навколо випромінюючого тіла.
Вчені з Китаю і США під керівництвом Сюлинь Жуань (Xiulin Ruan) з Університету Перд'ю виготовили і протестували білу акрилову фарбу, 60 відсотків обсягу якої було заповнено частинками карбонату кальцію (CaCO3) із середньою довжиною близько 1,7 мікрометра і середнім діаметром приблизно 0,5 мікрометра. При цьому розкид розмірів частинок склав близько 20 відсотків - згідно з передбаченнями симуляцій, така неоднорідність речовини дозволяє ефективно розсіювати випромінювання різних довжин хвиль сонячного спектру і за рахунок цього підвищувати частку відображеної енергії.
Щоб вивчити властивості речовини, автори виготовили висушений шар фарби сантиметрової площі і товщиною близько 0,4 міліметра і помістили його в теплоізолюючу оболонку з прозорим покриттям. Готовий зразок дослідники розташували на відкритому просторі і протягом двох днів одночасно вимірювали інтенсивність падаючого випромінювання піранометром, а також температуру зразка і навколишнього середовища за допомогою термопар.
Навіть при максимальному досягнутому рівні інтенсивності освітлення (близько 963 ватт на квадратний метр) поверхня фарби була холодніше навколишнього середовища приблизно на 1,7 градуса Цельсія, а в нічний час цей показник досягав позначки в 10 градусів Цельсія. При цьому зразок відображав приблизно 95,5 відсотка сонячної енергії - це не рекордний показник, проте істотно перевершує типові значення для білих фарб масового виробництва (80-90 відсотків).
Крім того, вчені порівняли властивості своєї фарби з властивостями звичайної, виготовивши зразок постійної товщини, на якому фарбою з додаванням CaCO3 намалювали «P» на тлі стандартної фарби майже того ж кольору. У видимому діапазоні символ був практично небайдужим, проте в інфрачервоному спектрі зображення виходило набагато більш контрастним за рахунок різниці температур близько двох градусів Цельсія.
Автори підкреслюють, що незважаючи на простоту виготовлення та ефективні оптичні властивості, перед практичним впровадженням фарби необхідне подальше дослідження її властивостей. На результати вимірювань можуть критично вплинути погодні умови, а з точки зору застосування матеріалу важлива його довговічність - і те, і інше ще належить перевірити.
Раніше ми розповідали про те, як британська компанія розробила фарбу для волосся, здатну змінювати колір залежно від температури, і про те, як американський хімік винайшов скляну фарбу для металевих поверхонь, яка оберігає їх від перегріву і корозії.