แบเรียมซัลเฟตสร้างสีที่ขาวที่สุดในโลก

Xiulin Ruan ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ Purdue University และนักศึกษาของเขาได้สร้างสีที่ขาวที่สุดเท่าที่เคยมีมา

 

ศาสตราจารย์ Xiulin Ruan แห่งวิศวกรรมเครื่องกลที่ Purdue University และนักศึกษาของเขาเคยสร้างสรรค์สีที่ขาวที่สุดเท่าที่เคยมีการบันทึกมา ซึ่งปัจจุบันได้รับการบันทึกลงใน Guinness Book of World Records สีขาวพิเศษนี้สามารถสะท้อนแสงที่มองเห็นได้มากถึง 98.1% และเนื่องจากการสะท้อนแสงที่รุนแรง จึงสามารถปล่อยความร้อนอินฟราเรดออกจากพื้นผิวที่ทาสีได้ และยังมีประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยรังสีที่ดีเยี่ยม

 

Xiulin Ruan ยกตัวอย่างสีที่ขาวที่สุดเป็นประวัติการณ์ในห้องทดลองของเขา

 

สีขาวเป็นสีที่มีสีทุกสีในสเปกตรัม เป็นสีที่มีความสดใสสูงสุดที่เราพบเจอในชีวิตประจำวันและยังเป็นสีพิเศษอีกด้วย ไม่สามารถผสมกับสีอื่นได้ เป็นสิ่งที่มีราคาแพงและน่าหวงแหนที่สุดในกล่องระบายสีของนักศึกษาศิลปะ อีกทั้งยังมีราคาค่อนข้างแพงในบรรดาสีสเปรย์รถยนต์และสารเคลือบอุตสาหกรรม

 

มีเหตุผลหลายประการที่ทำให้ "มูลค่า" ของสีขาวเพิ่มขึ้น ยกตัวอย่างสีขาวที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรม เมื่อเทียบกับสีอื่นๆ สีจะได้รับผลกระทบอย่างเห็นได้ชัดจากสิ่งสกปรก ดังนั้นกระบวนการทำให้บริสุทธิ์จะซับซ้อนมากขึ้น ในเวลาเดียวกันสีขาวจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายและเปลี่ยนเป็นสีเหลือง วัสดุประเภทใดให้เลือกและวิธีรักษาเสถียรภาพของเมทริกซ์ก็เป็นปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน

 

กล่าวโดยสรุป ยิ่งสียิ่งขาวก็ยิ่งทำได้ยากขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่เคยหยุดที่จะแสวงหาจุดสูงสุด เช่นเดียวกับที่มนุษย์สร้าง "แวนต้า แบล็ค" สีดำที่ดำที่สุด ซึ่งสามารถดูดซับแสงที่มองเห็นได้ 99.9% ในทางตรงกันข้าม มีชายคนหนึ่งที่หมกมุ่นอยู่กับการไล่ตามความขาวขั้นสุดยอดเช่นกัน หลังจากที่เขาและทีมงานทำงานหนักมากว่าหกปี ในที่สุดเขาก็ทำได้เมื่อไม่นานมานี้ เขาเป็นศาสตราจารย์หร่วน เซียวหลิน จากมหาวิทยาลัย Purdue ในสหรัฐอเมริกา เมื่อเร็วๆ นี้ เขาได้นำทีมสร้างสีขาวที่ขาวที่สุดในประวัติศาสตร์ของมนุษย์ สีขาวพิเศษนี้สามารถสะท้อนแสงที่มองเห็นได้มากถึง 98.1% ในขณะเดียวกันก็ปล่อยความร้อนอินฟราเรดออกจากพื้นผิวที่ทาสีด้วย และยังมีประสิทธิภาพการระบายความร้อนด้วยรังสีที่ดีเยี่ยม

 

กล้องอินฟราเรดแสดงให้เห็นว่าตัวอย่างสีขาวที่สุด (สี่เหลี่ยมสีม่วงเข้มตรงกลาง) ทำให้บอร์ดเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้อย่างไร ซึ่งเป็นสิ่งที่แม้แต่สี "กันความร้อน" ในเชิงพาณิชย์ก็ไม่สามารถทำได้

 

นับตั้งแต่ร่วมงานกับ Purdue University ในปี 2008 ศาสตราจารย์ Xiulin Ruan มุ่งมั่นที่จะวิจัยด้านวิศวกรรมพลังงานและเทอร์โมฟิสิกส์ หลังจากเผยแพร่ผลการวิจัยสีซุปเปอร์ไวท์เมื่อเร็วๆ นี้ เขาตอบรับการสัมภาษณ์จากสื่อต่างๆ และพูดคุยว่าหากทาสีนี้กับหลังคาประมาณ 1,{2}} ตารางนิ้ว ภายในบ้านจะได้พลังงาน 10 กิโลวัตต์ พลังความเย็นยังเย็นกว่าบ้านส่วนใหญ่ที่มีเครื่องปรับอากาศส่วนกลาง

 

ก่อนหน้านี้ การระบายความร้อนแบบพาสซีฟ (การแผ่รังสี) ที่มีประสิทธิภาพเป็นเรื่องยากมาก ในปัจจุบัน วิธีแก้ปัญหาขั้นสูงคือการใช้โครงสร้างหลายชั้นที่ซับซ้อนหรือชั้นโลหะสะท้อนแสง แต่วิธีนี้จะจำกัดการใช้งานในหลายสาขา อีกประการหนึ่งคือการทำให้การระบายความร้อนแบบพาสซีฟผ่านการทาสี แต่ค่าการสะท้อนแสงของสีขาวส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันยังคงอยู่ในช่วง 80%-90% และการสะท้อนแสงต่ำทำให้ยากต่อการรักษาพื้นผิวให้เย็น ซึ่งต้องทาสีชั้นสีที่หนามาก ซึ่งไม่เพียงแต่สิ้นเปลือง แต่ยังทำให้แข็งตัวได้ง่ายมาก และขอบเขตการใช้งานก็แคบและสามารถทำงานได้ภายใต้สภาพอากาศเฉพาะบางอย่างเท่านั้น

 

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมวิจัยได้คิดค้นสารเคลือบสีขาวที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตซึ่งมีค่าการสะท้อนแสง 95.5% ปัจจุบัน การเคลือบสีขาวพิเศษนาโนคอมโพสิตแบบใหม่ที่มีแบเรียมซัลเฟตที่พวกเขาคิดค้นขึ้นได้ช่วยส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการทำความเย็นแบบพาสซีฟในระดับที่สูงขึ้นอย่างไม่ต้องสงสัย บทความของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์เป็นบทความปกในวารสาร "American Chemical Society Applied Materials & Interfaces"

 

เคล็ดลับ "ความขาว"

สีซุปเปอร์ไวท์นี้มี "ความลับ" ไวท์เทนนิ่งสองประการ ประการแรกคือความเข้มข้นสูงของแบเรียมซัลเฟตที่เติมลงในเมทริกซ์สี สารประกอบนี้มีช่องว่างของแถบอิเล็กทรอนิกส์สูง การดูดซับแสงแดดต่ำ และการสะท้อนแสงสูง มักใช้เป็นสารตัวเติมเพื่อเปลี่ยนความสม่ำเสมอและเพิ่มสีขาวบางส่วน นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นสารฟอกสีฟันและเติมลงในกระดาษภาพถ่ายและเครื่องสำอางได้

นักวิจัยได้ทดสอบผลิตภัณฑ์สีขาวจำนวนมากในท้องตลาด และพบว่าการเติมแบเรียมซัลเฟตสามารถเพิ่มการสะท้อนแสงของวัตถุได้อย่างมาก กล่าวคือ จะทำให้วัตถุดูขาวขึ้น ประการที่สองคืออนุภาคแบเรียมซัลเฟตภายในสีมีขนาดแตกต่างกันและมีช่วงความผันผวนของขนาดอนุภาคขนาดใหญ่ ระดับที่อนุภาคแต่ละอนุภาคกระจายแสงจะผันผวนตามขนาดอนุภาค ดังนั้น ยิ่งการกระจายตัวของอนุภาคภายในสีมีช่วงขนาดอนุภาคมากเท่าใด แสงที่มองเห็นได้ก็จะยิ่งสามารถกระจายได้มากขึ้นเท่านั้น

เอฟเฟกต์การซ้อนทับของ "ความลับ" ทั้งสองนี้ที่มีความเข้มข้นสูงและขนาดอนุภาคต่างกันทำให้สีใหม่นี้มีการสะท้อนแสงที่สูงมาก แน่นอนว่าความเข้มข้นของแบเรียมซัลเฟตต้องไม่สูงเกินไป แม้ว่าความเข้มข้นสูงจะช่วยให้สีขาวขึ้น แต่ความเข้มข้นที่สูงเกินไปจะทำให้สีมีแนวโน้มที่จะแตกหรือลอกหลังจากการอบแห้ง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสบการณ์ของผู้ใช้

 

เปลี่ยนเครื่องปรับอากาศ

อย่างที่เราทราบกันดีว่าแสงสีขาวเป็นแสงสีที่ซับซ้อน และวัตถุทึบแสงจะดูดซับแสงสีต่างๆ และสะท้อนแสงสีเดียวกัน ดังนั้น วัตถุสีขาวจึงมีการสะท้อนแสงที่สูงกว่า เมื่อใช้สีขาวทาหลังคา จะสามารถสะท้อนความร้อนจากการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ได้มาก ลดการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีและการพาความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตามการศึกษาในจดหมายวิจัยธรณีฟิสิกส์ใน 2010 หากหลังคาบ้านในเมืองทาสีด้วยสีขาวในอุดมคติ การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์พบว่าสิ่งนี้สามารถลดผลกระทบจากเกาะความร้อนได้ 33% ส่งผลให้ภาพรวมลดลง อุณหภูมิของเมือง 0.4 องศา และลดอุณหภูมิภายในอาคารลงอย่างมาก จึงช่วยลดอัตราการใช้เครื่องปรับอากาศ และบรรลุวัตถุประสงค์ในการอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

 

โครงสร้างจุลภาคของการเคลือบคอมโพสิตแบเรียมซัลเฟต-กรดอะคริลิกด้วยความเข้มข้นเชิงปริมาตร 60%

 

การสะท้อนของสีที่พัฒนาโดย Purdue University นั้นมีค่าการสะท้อนแสงสูงกว่าสีเชิงพาณิชย์ทั่วไปมาก ซึ่งหมายความว่าจะมีผลในการระบายความร้อนที่ดีกว่า นักวิจัยใช้อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูงของเทอร์โมคัปเปิลเพื่อทดสอบประสิทธิภาพการทำความเย็นของสีภายนอกอาคาร ในการทดลองสาธิต สีนี้สามารถใช้ได้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย ในเวลากลางคืนสามารถทำให้พื้นผิวที่ทาสีต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบได้ 11 องศา และในแสงแดดจ้าในเวลาเที่ยงวัน ก็สามารถทำให้พื้นผิวเย็นลงต่ำกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบได้ 5 องศา ในการทดลองเพิ่มเติม นักวิจัยพบว่าแม้ในสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นของฤดูหนาว (อุณหภูมิทดสอบประมาณ 6 องศา) ก็ยังสามารถลดพื้นผิวของตัวอย่างลงได้ 10 องศา ซึ่งพิสูจน์ว่าสีมีประสิทธิภาพในการสะท้อนแสงที่ดีเยี่ยม

 

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Purdue Xiulin Ruan และ Joseph Peoples ใช้กล้องอินฟราเรดเพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพการทำความเย็นของตัวอย่างสีขาวบนหลังคา

 

ในความเป็นจริง สีอัลตร้าไวท์ชนิดใหม่นี้เดิมทีมาจากความตั้งใจของทีมวิจัย เดิมทีพวกเขาต้องการใช้สีขาวพิเศษเพื่อทดแทนเครื่องปรับอากาศแบบเดิมๆ เพื่อทำความเย็นในบ้าน หลังจากนั้น พวกเขาได้ทำการปรับปรุงหลายอย่างโดยใช้สีระบายความร้อนด้วยรังสีที่พัฒนาขึ้นในปี 1970 และดำเนินการวิจัยและทดลองอัตราส่วนมานานกว่าหกปี ในการเลือกวัสดุฐานของสี ในตอนแรกพวกเขาพิจารณาวัสดุที่แตกต่างกันมากกว่า 100 ชนิด หลังจากการทดลองหลายครั้ง พวกเขาค่อยๆ ลดช่วงลงเหลือ 10 หลังจากนั้น พวกเขาได้ทำการทดสอบข้ามสูตรที่แตกต่างกัน 50 สูตรสำหรับวัสดุแต่ละกลุ่มจาก 10 กลุ่มนี้

 

ในตอนแรกพวกเขาได้สีขาวที่มีแคลเซียมคาร์บอเนต แต่แคลเซียมคาร์บอเนตอาจทำปฏิกิริยาในสภาพอากาศที่รุนแรง เช่น ฝนกรด และทำให้สีเสื่อมสภาพ ดังนั้นพวกเขาจึงเปิดตัวสีที่ใช้แบเรียมซัลเฟต และปรับปรุงเสถียรภาพของสีโดยเฉพาะสำหรับคอมเพล็กซ์ สภาพแวดล้อมกลางแจ้ง และในที่สุดก็เลือกสูตรสีผสมกรดแบเรียมซัลเฟต-อะคริลิกที่มีความเข้มข้นในปริมาตร 60% นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าแคลเซียมคาร์บอเนตไม่ดีเท่ากับแบเรียมซัลเฟตในด้านความต้านทานต่อกรดและด่าง

 

ศาสตราจารย์ Xiulin Ruan กล่าวว่าสีชนิดใหม่ที่พวกเขาคิดค้นนั้นเหนือกว่าสีขาวเชิงพาณิชย์อื่นๆ ที่ใช้ในปัจจุบันในแง่ของการสะท้อนแสง ประสิทธิภาพการทำความเย็น และความเสถียร ในขณะเดียวกันกระบวนการผลิตก็เข้ากันได้กับกระบวนการพ่นสีเชิงพาณิชย์ทั่วไปและสามารถควบคุมต้นทุนได้ ดังนั้น สีนี้จึงมีแนวโน้มการใช้งานที่กว้างขวางในการลดต้นทุนการทำความเย็นในพื้นที่ ต่อสู้กับผลกระทบของเกาะในเมือง และบรรเทาภาวะโลกร้อนในอนาคต ในการให้สัมภาษณ์กับ BBC เขายังกล่าวอีกว่า: "เราทำการคำนวณคร่าวๆ ว่ามีเพียง 1% ของพื้นผิวโลก (อาจเป็นหินบางชนิดในพื้นที่ที่ไม่มีคนอาศัยอยู่) ที่ต้องเคลือบด้วยสีนี้เพื่อมีบทบาทในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในระดับหนึ่ง"

 

ให้ความสนใจกับแบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนของ Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd.

Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. มีความสามารถในการผลิตผลิตภัณฑ์แบเรียมซัลเฟตตกตะกอนต่างๆ โดยมีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 30 นาโนเมตรถึง 10 ไมครอน โดยมุ่งเน้นที่การจัดหาผลิตภัณฑ์และบริการที่ปรับแต่งตามความต้องการ เป็นที่น่าสังเกตว่าเราสามารถดำเนินการปรับสภาพพื้นผิวต่างๆ กับผลิตภัณฑ์ได้ตามความต้องการของลูกค้า

 

จากการวิจัยของทีมศาสตราจารย์ Xiulin Ruan แบเรียมซัลเฟตสร้างสีที่ขาวที่สุดในโลก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนของบริษัท Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. มีบทบาทสำคัญในฐานะสารเติมแต่งเชิงหน้าที่ในการใช้งานการเคลือบ แบเรียมซัลเฟตมีความขาวสูงและทนต่อกรดและด่าง ผลิตขึ้นโดยการรวมผงที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน ซึ่งจะทำให้สารเคลือบมีการกระเจิงสเปกตรัมที่กว้างที่สุด และช่วยให้ได้รับการสะท้อนแสงสูงสุด เรียกว่าการเคลือบสะท้อนความร้อน

 

วิศวกรของ Yunfu Hongzhi New Materials Co., Ltd. ยังกล่าวอีกว่าด้วยการเติมแบเรียมซัลเฟตที่มีความเข้มข้นสูงและการผสมแบเรียมซัลเฟตที่มีขนาดอนุภาคต่างกันเข้าด้วยกัน เพื่อลดช่องว่างระหว่างอนุภาคและปรับปรุงการสะท้อน ทำให้สามารถเพิ่มได้มากขึ้นเนื่องจากค่าการดูดซับน้ำมันต่ำ ของแบเรียมซัลเฟต แบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนของเรามีการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบและมีอนุภาคที่สม่ำเสมอมากขึ้น ผลจะดีกว่าเมื่อรวมอนุภาคขนาดต่างๆ เข้าด้วยกัน อัลตร้าไวท์แบเรียมซัลเฟตของเราได้รับความนิยมอย่างมากในการเคลือบที่ต้องการความมันวาวสูง และแบเรียมซัลเฟตที่สูญพันธุ์ยังมีคุณสมบัติพิเศษในการเคลือบด้านและกึ่งด้าน

 

 

ทีมงานของศาสตราจารย์ Xiulin Ruan ประสบความสำเร็จอย่างมากไม่เพียงแต่ในด้านการเคลือบสถาปัตยกรรมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสีสเปรย์สำหรับรถยนต์ เครื่องบิน และยานอวกาศด้วย แบเรียมซัลเฟตสามารถเพิ่มปริมาณของแข็งและลด VOC ซึ่งสามารถช่วยลดการใช้เครื่องปรับอากาศ และเนื่องจากระบบปรับอากาศเหล่านี้ใช้เชื้อเพลิง จึงสามารถช่วยประหยัดน้ำมันได้เช่นกัน ในการใช้งานเคลือบ การเติมแบเรียมซัลเฟตที่ตกตะกอนซึ่งเป็นวัสดุเชิงฟังก์ชัน สามารถต่อสู้กับภาวะโลกร้อนได้โดยการรักษาพื้นผิวให้เย็นพอที่จะลดความจำเป็นในการปรับอากาศภายใน