Barium sulfate tạo ra loại sơn trắng nhất thế giới

Xiulin Ruan, giáo sư kỹ thuật cơ khí của Đại học Purdue, và các sinh viên của ông đã tạo ra loại sơn trắng nhất trong lịch sử

 

Giáo sư Xiulin Ruan của ngành Kỹ thuật Cơ khí tại Đại học Purdue và các sinh viên của ông từng tạo ra loại sơn trắng nhất từng được ghi nhận, hiện đã được đưa vào Sách Kỷ lục Guinness Thế giới. Loại sơn siêu trắng này có thể phản chiếu tới 98,1% ánh sáng khả kiến ​​và do khả năng phản xạ mạnh nên nó thậm chí có thể phát ra nhiệt hồng ngoại từ bề mặt sơn và có hiệu suất làm mát bức xạ tuyệt vời.

 

Xiulin Ruan giơ mẫu sơn trắng nhất trong phòng thí nghiệm của mình lên kỷ lục

 

Màu trắng là màu chứa tất cả các màu trong quang phổ. Đó là màu có độ sáng cao nhất mà chúng ta tiếp xúc trong cuộc sống hàng ngày và cũng là một màu đặc biệt. Nó không thể trộn lẫn với các màu khác. Đó là sự tồn tại đắt giá và trân quý nhất trong hộp sơn của sinh viên mỹ thuật. Nó cũng là một loại sơn tương đối đắt tiền trong số các loại sơn xịt ô tô và sơn công nghiệp.

 

Có nhiều lý do để nâng cao “giá trị” của màu trắng. Lấy loại sơn màu trắng thường được sử dụng trong công nghiệp làm ví dụ. So với các loại sơn khác, màu sắc của nó bị ảnh hưởng rõ ràng hơn bởi tạp chất nên quá trình tinh chế sẽ phức tạp hơn. Đồng thời, sơn màu trắng dễ bị oxy hóa và chuyển sang màu vàng. Lựa chọn loại vật liệu nào và làm thế nào để ổn định ma trận của nó cũng là những khó khăn về mặt kỹ thuật.

 

Tóm lại, sơn càng trắng thì càng khó chế tạo. Nhưng các nhà khoa học chưa bao giờ ngừng theo đuổi cái tối thượng, giống như con người đã tạo ra "Vanta Black" đen nhất, có thể hấp thụ 99,9% ánh sáng khả kiến. Ngược lại, có một người đàn ông cũng bị ám ảnh bởi việc theo đuổi màu trắng tối thượng. Sau hơn sáu năm làm việc chăm chỉ của anh ấy và nhóm của mình, cuối cùng anh ấy đã làm được điều đó. Ông là Giáo sư Ruan Xiulin từ Đại học Purdue ở Hoa Kỳ. Gần đây, ông đã dẫn dắt nhóm của mình tạo ra loại sơn trắng trắng nhất trong lịch sử loài người. Loại sơn siêu trắng này có thể phản chiếu tới 98,1% ánh sáng khả kiến, đồng thời phát ra nhiệt hồng ngoại từ bề mặt sơn và có hiệu suất làm mát bức xạ tuyệt vời.

 

Một camera hồng ngoại cho thấy một mẫu sơn trắng trắng nhất (hình vuông màu tím đậm ở giữa) thực sự làm mát bảng dưới nhiệt độ môi trường như thế nào, điều mà ngay cả các loại sơn "loại bỏ nhiệt" thương mại cũng không làm được.

 

Kể từ khi gia nhập Đại học Purdue vào năm 2008, Giáo sư Xiulin Ruan đã cam kết nghiên cứu về kỹ thuật năng lượng và vật lý nhiệt. Sau khi công bố kết quả nghiên cứu về sơn siêu trắng gần đây, ông đã nhận lời phỏng vấn của nhiều phương tiện truyền thông và nói về việc nếu sơn loại sơn này lên khoảng 1,{2}} inch vuông mái nhà, bên trong ngôi nhà có thể nhận được 10 kilowatt năng lượng điện. khả năng làm mát, thậm chí còn mát hơn hầu hết những ngôi nhà có điều hòa trung tâm.

 

Trước đó, rất khó đạt được khả năng làm mát thụ động (bức xạ) hiệu quả. Hiện nay, một giải pháp tương đối tiên tiến là sử dụng các cấu trúc nhiều lớp phức tạp hoặc các lớp kim loại phản chiếu, nhưng điều này hạn chế ứng dụng của chúng trong nhiều lĩnh vực. Một cách khác là đạt được khả năng làm mát thụ động thông qua sơn, nhưng độ phản xạ của hầu hết các loại sơn trắng hiện đang được sử dụng vẫn nằm trong khoảng 80%-90% và độ phản xạ thấp khiến bề mặt khó giữ mát. Điều này đòi hỏi phải sơn một lớp sơn rất dày, không chỉ lãng phí mà còn rất dễ bị cứng, phạm vi ứng dụng của nó hẹp và chỉ có thể hoạt động trong một số điều kiện thời tiết cụ thể.

 

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã phát minh ra lớp phủ trắng gốc canxi cacbonat có độ phản xạ 95,5%. Giờ đây, lớp phủ siêu trắng nanocompozit mới dựa trên bari sunfat mà họ phát minh ra chắc chắn đã thúc đẩy sự phát triển của công nghệ làm mát thụ động ở mức độ lớn hơn. Bài báo của họ đã được xuất bản dưới dạng bài báo trang bìa trên tạp chí "Vật liệu & Giao diện Ứng dụng của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ".

 

Bí quyết “làm trắng”

Loại sơn siêu trắng này có hai “bí quyết” làm trắng. Một là nồng độ bari sunfat cao được thêm vào nền sơn. Hợp chất này có khoảng cách dải điện tử cao, khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời thấp và độ phản xạ cao. Nó thường được sử dụng làm chất độn để thay đổi độ đặc và thêm vào một số loại sơn trắng. Nó cũng có thể được sử dụng như một chất làm trắng và thêm vào giấy ảnh và mỹ phẩm.

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm một số lượng lớn các mặt hàng màu trắng trên thị trường và phát hiện ra rằng việc thêm bari sulfat thực sự có thể làm tăng đáng kể độ phản chiếu của vật thể, nghĩa là nó sẽ làm cho nó trông trắng hơn; thứ hai là các hạt bari sunfat bên trong sơn có kích thước khác nhau và có phạm vi dao động kích thước hạt lớn. Mức độ mà mỗi hạt tán xạ ánh sáng dao động theo kích thước hạt của nó, do đó, phạm vi phân bố phạm vi kích thước hạt của các hạt bên trong sơn càng lớn thì sơn có thể tán xạ càng nhiều ánh sáng nhìn thấy được.

Hiệu ứng chồng chất của hai “bí quyết” nồng độ cao và kích thước hạt khác nhau khiến loại sơn mới này có độ phản chiếu cực cao. Tất nhiên, nồng độ bari sunfat không thể quá cao. Mặc dù nồng độ cao giúp sơn trắng hơn nhưng nồng độ quá cao cũng sẽ khiến sơn dễ bị nứt hoặc bong tróc sau khi khô, ảnh hưởng lớn đến trải nghiệm của người dùng.

 

Thay điều hòa

Như chúng ta đã biết, ánh sáng trắng là loại ánh sáng có màu sắc phức tạp, vật mờ đục sẽ hấp thụ các ánh sáng có màu sắc khác nhau và phản xạ cùng một màu ánh sáng nên vật màu trắng có độ phản xạ cao hơn. Khi sử dụng sơn trắng để sơn mái nhà, nó có thể phản xạ nhiệt bức xạ của mặt trời ở mức độ lớn, làm giảm hiệu quả sự truyền nhiệt bức xạ và truyền nhiệt đối lưu.

Theo một nghiên cứu trong Geophysical Research Letters năm 2010, nếu mái nhà trong thành phố được sơn bằng loại sơn trắng lý tưởng, mô phỏng máy tính cho thấy điều này có thể làm giảm hiệu ứng đảo nhiệt tới 33%, giảm tổng thể Nhiệt độ của thành phố giảm 0,4 độ và giảm đáng kể nhiệt độ trong nhà, từ đó giảm tỷ lệ sử dụng máy điều hòa không khí và đạt được mục đích bảo tồn năng lượng và giảm phát thải.

 

Cấu trúc vi mô của lớp phủ hỗn hợp bari sunfat-axit acrylic với nồng độ thể tích 60%

 

Độ phản chiếu của sơn do Đại học Purdue phát triển cao hơn nhiều so với sơn thương mại thông thường, nghĩa là nó có tác dụng làm mát tốt hơn. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thiết bị phát hiện nhiệt độ có độ chính xác cao bằng cặp nhiệt điện để kiểm tra hiệu suất làm mát của sơn ngoài trời. Trong thí nghiệm trình diễn, loại sơn này có thể được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Vào ban đêm, nó có thể làm cho bề mặt sơn thấp hơn 11 độ so với nhiệt độ xung quanh và dưới ánh nắng gay gắt vào buổi trưa, nó cũng có thể làm mát bề mặt thấp hơn 5 độ so với môi trường xung quanh. Trong các thí nghiệm tiếp theo, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng ngay cả trong môi trường lạnh giá của mùa đông (nhiệt độ thử nghiệm là khoảng 6 độ), bề mặt của mẫu vẫn có thể giảm 10 độ, điều này chứng tỏ sơn có hiệu suất làm mát phản chiếu tuyệt vời.

 

Các nhà nghiên cứu Xiulin Ruan và Joseph Peoples của Đại học Purdue sử dụng camera hồng ngoại để so sánh hiệu suất làm mát của các mẫu sơn trắng trên mái nhà.

 

Trên thực tế, loại sơn siêu trắng mới này ban đầu xuất phát từ ý tưởng bất chợt của nhóm nghiên cứu. Ban đầu họ muốn sử dụng sơn siêu trắng để thay thế máy điều hòa truyền thống để làm mát ngôi nhà. Sau đó, họ đã thực hiện nhiều cải tiến dựa trên loại sơn làm mát bằng bức xạ được phát triển vào những năm 1970 và tiến hành hơn sáu năm nghiên cứu và thử nghiệm tỷ lệ. Để lựa chọn vật liệu nền cho sơn, ban đầu họ đã xem xét hơn 100 vật liệu khác nhau. Sau rất nhiều thử nghiệm, họ dần thu hẹp phạm vi xuống còn 10. Sau đó, họ tiến hành thử nghiệm chéo 50 công thức khác nhau cho từng nhóm trong số 10 nhóm nguyên liệu này.

 

Ban đầu, họ thu được loại sơn trắng gốc canxi cacbonat, nhưng canxi cacbonat có thể phản ứng trong thời tiết khắc nghiệt như mưa axit và khiến sơn bị hư hỏng, vì vậy họ đã cho ra đời loại sơn gốc bari sunfat và đặc biệt tối ưu hóa độ ổn định của sơn cho các khu vực phức tạp. môi trường ngoài trời, và cuối cùng đã chọn công thức sơn tổng hợp axit bari sunfat-acrylic với nồng độ thể tích là 60%. Điều này cũng cho thấy canxi cacbonat không tốt bằng bari sunfat trong khả năng kháng axit và kiềm.

 

Giáo sư Xiulin Ruan cho biết, loại sơn mới mà họ phát minh ra vượt trội hơn so với các loại sơn trắng thương mại khác hiện đang được sử dụng về độ phản chiếu, hiệu suất làm mát và độ ổn định. Đồng thời, quy trình sản xuất của nó tương thích với các quy trình sơn thương mại thông thường và chi phí có thể kiểm soát được. Vì vậy, loại sơn này có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong việc giảm chi phí làm mát không gian, chống lại hiệu ứng đảo đô thị và giảm bớt hiện tượng nóng lên toàn cầu trong tương lai. Trong cuộc phỏng vấn với BBC, ông cũng cho biết: “Chúng tôi đã tính toán rất sơ bộ rằng chỉ 1% bề mặt trái đất (có lẽ là một số tảng đá ở khu vực không có người ở) cần được phủ lớp sơn này để đóng vai trò chống biến đổi khí hậu”. một mức độ nhất định."

 

Hãy chú ý đến bari sunfat kết tủa của Công ty TNHH Vật liệu mới Yunfu Hongzhi.

Công ty TNHH Vật liệu mới Yunfu Hongzhi có khả năng sản xuất nhiều sản phẩm bari sunfat kết tủa khác nhau với kích thước hạt trung bình từ 30 nanomet đến 10 micron, tập trung vào việc cung cấp các sản phẩm và dịch vụ tùy chỉnh. Điều đáng nói là chúng tôi có thể thực hiện các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau trên sản phẩm theo nhu cầu của khách hàng.

 

Dựa trên nghiên cứu của nhóm Giáo sư Xiulin Ruan, bari sunfat tạo ra loại sơn trắng nhất thế giới, điều này cho thấy bari sunfat kết tủa của Công ty TNHH Vật liệu mới Yunfu Hongzhi đóng vai trò quan trọng như một chất phụ gia chức năng trong các ứng dụng sơn phủ. Barium sulfate có độ trắng cao và khả năng kháng axit và kiềm. Nó được tạo ra bằng cách kết hợp các loại bột có kích thước hạt khác nhau, có thể làm cho lớp phủ có độ tán xạ quang phổ rộng nhất và giúp thu được độ phản xạ cao nhất. Nó được gọi là lớp phủ phản xạ nhiệt.

 

Các kỹ sư của Công ty TNHH Vật liệu mới Yunfu Hongzhi cũng cho biết, bằng cách bổ sung nồng độ bari sunfat cao và kết hợp các kích cỡ hạt khác nhau của bari sunfat để giảm khoảng cách giữa các hạt và cải thiện độ phản xạ, có thể thêm nhiều hơn do giá trị hấp thụ dầu thấp của bari sunfat. Bari sunfat kết tủa của chúng tôi có phân bố kích thước hạt hẹp và các hạt đồng đều hơn. Hiệu quả sẽ tốt hơn thông qua sự kết hợp của các kích thước hạt khác nhau. Barium Sulfate siêu trắng của chúng tôi rất phổ biến trong các lớp phủ đòi hỏi độ bóng cao và Extinction Barium Sulfate cũng có các tính năng độc đáo trong lớp phủ mờ và bán mờ.

 

 

Nhóm của giáo sư Xiulin Ruan đã đạt được những thành tựu to lớn không chỉ trong lĩnh vực sơn phủ kiến ​​trúc mà còn trong lĩnh vực sơn phun cho ô tô, máy bay và tàu vũ trụ. Bari sunfat có thể làm tăng hàm lượng chất rắn và giảm VOC, điều này có thể giúp giảm mức tiêu thụ điều hòa không khí và vì các hệ thống điều hòa không khí này tiêu thụ nhiên liệu nên nó cũng có thể giúp tiết kiệm xăng. Trong các ứng dụng lớp phủ, việc bổ sung bari sunfat kết tủa, một vật liệu chức năng, có thể chống lại sự nóng lên toàn cầu bằng cách giữ cho bề mặt đủ mát để giảm nhu cầu điều hòa không khí bên trong.