‘Nano-inkten’ zouden passief de temperatuur in gebouwen en auto’s kunnen regelen

Er zijn de eerste ‘faseveranderingsinkten’ ter wereld ontwikkeld die de manier waarop we gebouwen, huizen en auto’s verwarmen en koelen kunnen transformeren – om geavanceerde ‘passieve klimaatregeling’ te bereiken – en die een enorm potentieel hebben om het energieverbruik en de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen te helpen verminderen.

Nieuw onderzoek gepubliceerd in The Royal Society of Chemistry’s Journal of materiaalchemie A onder leiding van Dr. Mohammad Taha documenteert proof-of-concept ‘faseveranderingsinkten’ die nanotechnologie gebruiken om de temperatuur in alledaagse omgevingen te beheersen. Ze bereiken dit door de hoeveelheid straling aan te passen die er doorheen kan gaan, op basis van de omgeving.

Dr. Taha zei dat deze inkten kunnen worden gebruikt om coatings te ontwikkelen om passieve verwarming en koeling te bereiken, waardoor we minder afhankelijk zijn van energieopwekking om de temperatuur te reguleren.

“Mensen gebruiken veel energie om comfortabele omgevingen te creëren en te onderhouden – het verwarmen en koelen van onze gebouwen, huizen, auto’s en zelfs ons lichaam,” zei Dr. Taha.

“We kunnen ons niet langer alleen richten op energieopwekking uit hernieuwbare bronnen om onze impact op het milieu te verminderen. We moeten ook overwegen ons energieverbruik te verminderen als onderdeel van onze voorgestelde energieoplossingen, aangezien de gevolgen van klimaatverandering werkelijkheid worden.

“Door onze inkten zo te ontwikkelen dat ze reageren op hun omgeving, verminderen we niet alleen het energieverbruik, maar maken we ook de behoefte aan hulpregelsystemen om de temperatuur te regelen overbodig, wat een extra energieverspilling is.”

Passieve klimaatbeheersing zou comfortabele leefomstandigheden mogelijk maken zonder onnodig energie te verbruiken. Om bijvoorbeeld in de winter voor comfortabele verwarming te zorgen, kunnen de inkten die op de gevel van een gebouw worden aangebracht, automatisch worden getransformeerd om overdag meer zonnestraling door te laten en een betere isolatie om de warmte ’s nachts binnen te houden. In de zomer kunnen ze transformeren tot een barrière om warmtestraling van de zon en de omgeving te blokkeren.

De veelzijdige ‘phase change inkten’ zijn een proof-of-concept dat kan worden gelamineerd, gespoten of toegevoegd aan verven en bouwmaterialen. Ze kunnen ook worden verwerkt in kleding, het reguleren van de lichaamstemperatuur in extreme omgevingen, of bij het creëren van grootschalige, flexibele en draagbare elektronische apparaten zoals buigbare circuits, camera’s en detectoren, en gas- en temperatuursensoren.

Dr. Taha zei: “Ons onderzoek heft de eerdere beperkingen op om deze inkten goedkoop op grote schaal toe te passen. Het betekent dat bestaande constructies en bouwmaterialen achteraf kunnen worden aangebracht. Als de productie interessant is, kunnen de inkten binnen vijf tot tien jaar op de markt komen.

“Door samenwerking met de industrie kunnen we ze opschalen en integreren in bestaande en nieuwe technologieën als onderdeel van een holistische benadering om de wereldwijde energie-uitdagingen op het gebied van klimaatverandering aan te pakken.

“Het potentieel van dit materiaal is enorm omdat het voor zoveel verschillende doeleinden kan worden gebruikt, zoals het voorkomen van warmteophoping in laptopelektronica of op autoruiten. Maar het mooie van dit materiaal is dat we de warmteabsorptie-eigenschappen ervan kunnen aanpassen aan onze behoeften.

“Er wordt al een ander type faseovergangsmateriaal gebruikt om slim glas te maken, maar met ons nieuwe materiaal kunnen we slimmere stenen en verf maken. Deze nieuwe nanotechnologie kan helpen bestaande gebouwen aan te passen om ze efficiënter te maken. Het is beter voor het milieu en duurzaam voor de toekomst.”

De doorbraak werd bereikt door te ontdekken hoe een van de belangrijkste componenten van ‘faseveranderingsmaterialen’ – vanadiumoxide (VO2) – kan worden gewijzigd. Faseovergangsmaterialen gebruiken triggers, zoals warmte of elektriciteit, om genoeg energie te creëren zodat het materiaal zichzelf onder stress kan transformeren. Faseovergangsmaterialen moesten voorheen echter tot zeer hoge temperaturen worden verwarmd om hun ‘faseveranderende’ eigenschappen te activeren.

“We gebruikten ons begrip van hoe deze materialen zijn samengesteld om te testen hoe we de reactie van isolator op metaal (IMT) kunnen activeren, waarbij het materiaal in feite fungeert als een schakelaar om warmte te blokkeren voorbij een bepaalde temperatuur – bijna kamertemperatuur (30- 40 C),” zei Dr. Taha.

Dr. Taha zei dat de volgende stap zal zijn om het onderzoek, gepatenteerd door de Universiteit van Melbourne, in productie te nemen.