De witste lak ter wereld nu dunner dan ooit, ideaal voor voertuigen

Grafisch abstract. Credit: Celrapporten Fysische Wetenschap (2022). DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101058

‘S Werelds witste verf – te zien in de editie van dit jaar van Guinness World Records en “The Late Show With Stephen Colbert” – houdt oppervlakken zo koel dat het de behoefte aan airconditioning zou kunnen verminderen. Nu hebben de Purdue University-onderzoekers die de verf hebben gemaakt, een nieuwe formulering ontwikkeld die dunner en lichter is – ideaal om warmte weg te stralen van auto’s, treinen en vliegtuigen.

“Iedereen heeft contact met mij opgenomen, van fabrikanten van ruimtevaartuigen tot architecten tot bedrijven die kleding en schoenen maken”, zegt Xiulin Ruan, een Purdue-hoogleraar werktuigbouwkunde en ontwikkelaar van de verf. “Ze hadden vooral twee vragen: waar kan ik het kopen en kun je het dunner maken?”

De witste verf ter wereld gebruikte nanodeeltjes van bariumsulfaat om 98,1% van het zonlicht te weerkaatsen, waardoor buitenoppervlakken meer dan 4,5°C onder de omgevingstemperatuur werden gekoeld. Bedek je dak met die verf en je zou je huis in wezen kunnen koelen met veel minder airconditioning. Maar er is een probleem.

“Om dit niveau van stralingskoeling onder de omgevingstemperatuur te bereiken, moesten we een verflaag van ten minste 400 micron dik aanbrengen”, zei Ruan. “Dat is prima als je een robuuste, stationaire structuur schildert, zoals het dak van een gebouw. ​​Maar in toepassingen die precieze eisen stellen aan afmetingen en gewicht, moet de verf dunner en lichter zijn.”

Daarom begon het team van Ruan te experimenteren met andere materialen en verlegde het de grenzen van het vermogen van materialen om zonlicht te verstrooien. Hun nieuwste formulering is een nanoporeuze verf met hexagonaal boornitride als pigment, een stof die meestal wordt gebruikt in smeermiddelen. Deze nieuwe verf bereikt bijna dezelfde benchmark van zonnereflectie (97,9%) met slechts een enkele verflaag van 150 micron.

Hun onderzoek is gepubliceerd in Celrapporten Fysische Wetenschap.

“Zeshoekig boornitride heeft een hoge brekingsindex, wat leidt tot sterke verstrooiing van zonlicht”, zegt Andrea Felicelli, een Purdue Ph.D. student werktuigbouwkunde die aan het project heeft meegewerkt. “De deeltjes van dit materiaal hebben ook een unieke morfologie, die we nanobloedplaatjes noemen.”

Ioanna Katsamba, een andere Ph.D. student werktuigbouwkunde aan Purdue, voerde computersimulaties uit om te begrijpen of de morfologie van nanoplaatjes voordelen biedt. “De modellen lieten ons zien dat de nanobloedplaatjes effectiever zijn in het terugkaatsen van de zonnestraling dan sferische nanodeeltjes die in eerdere koelverven werden gebruikt,” zei Katsamba.

De verf bevat ook luchtholtes, waardoor deze op nanoschaal zeer poreus is. Deze lagere dichtheid, samen met de dunheid, biedt nog een ander groot voordeel: minder gewicht. De nieuwere verf weegt 80% minder dan bariumsulfaatverf en bereikt toch bijna identieke zonnereflectie.

“Dit lichte gewicht opent de deuren naar allerlei toepassingen”, zegt George Chiu, een Purdue-hoogleraar werktuigbouwkunde en een expert in inkjetprinten. “Nu heeft deze verf het potentieel om de buitenkant van vliegtuigen, auto’s of treinen te koelen. Een vliegtuig dat op een hete zomerdag op het asfalt staat, hoeft zijn airconditioning niet zo hard te gebruiken om de binnenkant te koelen, waardoor grote hoeveelheden energie worden bespaard Ruimtevaartuigen moeten ook zo licht mogelijk zijn, en deze verf kan daar een onderdeel van zijn.”

Wat betreft die andere grote vraag – waar kan ik de verf kopen? – legt Ruan uit. “We zijn momenteel in gesprek om het te commercialiseren”, zei hij. “Er zijn nog een paar problemen die moeten worden aangepakt, maar er wordt vooruitgang geboekt.”

Hoe dan ook, deze Purdue-onderzoekers kijken uit naar wat de verf zou kunnen bereiken. “Het gebruik van deze verf zal helpen om oppervlakken te koelen en de behoefte aan airconditioning aanzienlijk te verminderen,” zei Ruan. “Dit bespaart niet alleen geld, maar het vermindert ook het energieverbruik, wat op zijn beurt de uitstoot van broeikasgassen vermindert. En in tegenstelling tot andere koelmethoden, straalt deze verf alle warmte uit naar de diepe ruimte, wat onze planeet ook direct afkoelt. Het is best verbazingwekkend dat een verf kan dat allemaal.”