ماده هوشمندی که در یک دقیقه گرم و سرد می شود!
به گزارش بازار مقاله پژوهشگران آمریکایی، ماده هوشمندی ابداع نموده اند که می تواند طی یک یا دو دقیقه گرم و سرد شود.
به گزارش بازار مقاله به نقل از ایسنا و به نقل از وبسایت رسمی دانشگاه دوک، هر کسی که تابحال خودروی خویش را در یک تابستان داغ زیر نور خورشید پارک کرده باشد، می داند که شیشه های خودرو در وارد کردن نور خوب عمل می کنند اما عملکرد بدی در بیرون فرستادن گرما دارند.
مهندسان "دانشگاه دوک"(Duke University) آمریکا، فناوری هوشمندی ابداع نموده اند که با یک حرکت می تواند گرما را از نور خورشید به دست بیاورد یا امکان خنک شدن را برای یک جسم فراهم آورد. این ماده برپایه فناوری الکتروکرومیک است و با به کار گرفتن الکتریسیته می تواند رنگ و میزان شفافیت را تغییر دهد.
"پو چون هسو"(Po-Chun Hsu)، استادیار مهندسی مکانیک و علوم مواد دانشگاه دوک و از پژوهشگران این پروژه اظهار داشت: ما اولین نمونه از یک ابزار الکتروکرومیک را نشان داده ایم که می تواند عملکرد خوبی در تغییر میان گرمای خورشیدی و سرمای تابشی داشته باشد.
پنجره های هوشمند ساخته شده از شیشه الکتروکرومیک، یک فناوری نسبتا جدید است که از یک واکنش الکتروکرومیک استفاده می نماید تا شیشه را از حالت شفاف به حالت مات تغییر دهد و آنرا در یک چشم بر هم زدن باردیگر به حالت ابتدایی خود بازگرداند. باآنکه روش های بسیاری برای ابداع این فناوری وجود دارد اما همه آنها، فشرده کردن یک ماده واکنشی الکتریکی میان دو لایه نازک الکترود و عبور جریان الکتریکی بین لایه ها را شامل می شوند. دستیابی به این ترفند برای نور مرئی به اندازه کافی دشوار است اما زمانی که نور مادون قرمز میانی به کار برود، دشوارتر هم می شود.
هسو و همکارانش در این پژوهش، از فناوری خود رونمایی کرده اند که با هر دو طیف نور تعامل دارد و بین حالت های گرما و سرما تغییر می کند. این فناوری در حالت گرما، تیره می شود تا نور خورشید را جذب نماید و جلوی فرار کردن پرتو مادون قرمز میانی را بگیرد. این لایه تیره شبیه به شیشه، درحال سرما روشن می شود و آینه ای را آشکار می سازد که نور خورشید را منعکس می کند و به پرتو مادون قرمز میانی امکان می دهد تا بیرون برود. از آنجائیکه این آینه هیچگاه در مقابل نور مرئی شفاف نیست، این فناوری را نمی توان جایگزین پنجره در خانه ها یا ادارات کرد اما امکان دارد برای به کار رفتن در سطوح دیگر ساختمان مناسب باشد.
هسو اظهار داشت: ابداع موادی که بتوانند در هر دو موقعیت کار کنند، بسیار دشوار است. فناوری ما، یکی از بزرگترین محدوده های تنظیم در تابش حرارتی را دارد که تابحال نشان داده شده است.
برای مهندسی این فناوری، دو چالش عمده وجود داشت. اولین مورد، ابداع لایه های الکترود بود که رسانای الکتریسیته هستند و در مقابل نور مرئی و تابش حرارتی شفافیت دارند. بیشتر مواد رسانا مانند فلزات، گرافیت و بعضی از اکسیدها، مناسب نیستند چونکه این دو خصوصیت با یکدیگر در تضاد قرار دارند؛ ازاین رو هسو و همکارانش، فناوری خویش را مهندسی کردند.
آنها کار خویش را با لایه ای از گرافین به ضخامت یک اتم آغاز کردند که آن قدر نازک است که می تواند هر دو نوع نور را منعکس یا جذب نماید اما آنقدر رسانا نیست که بتواند الکتریسیته مورد نیاز را در مقیاس بزرگ عرضه نماید. پژوهشگران برای مرتفع ساختن این محدودیت، شبکه نازکی از طلا را روی گرافین اضافه کردند تا مانند یک اتوبان برای الکتریسیته عمل کند. باآنکه این فناوری تا حدودی توانایی گرافین را برای برقراری امکان عبور نور کم کرد اما این کاهش آنقدر ناچیز بود که ارزش آزمایش را داشته باشد.
چالش دوم، مهندسی کردن ماده ای بود که بتواند بین دو لایه الکترود قرار بگیرد و به جذب نور و گرما بپردازد یا امکان عبور آنها را فراهم آورد. پژوهشگران با استفاده از "پلاسمونیک"(Plasmonics) توانستند به این هدف دست یابند.
هنگامی که نانوذرات فلز دور از هم قرار می گیرند، می توانند طول موج های نور را برپایه اندازه و فاصله گذاری آنها محبوس کنند اما در این مورد، نانوذرات در خوشه هایی پخش می شوند و تعامل با طیف گسترده ای از طول موج ها را به همراه می آورند که برای محبوس کردن نور خورشید به صورت کارآمد، موثر است.
الکتریسیته ای که از میان دو الکترود می گذرد، باعث می شود که نانوذرات فلز در نزدیکی الکترود بالایی تشکیل شوند. این مورد نه تنها به تیره شدن فناوری منجر می شود، بلکه به آن در جذب و محبوس کردن نور و گرما کمک می نماید. هنگامی که جریان الکتریسیته معکوس می شود، نانوذرات باردیگر در الکترولیت مایع شفاف حل می شوند. کامل شدن این تغییر میان دو حالت، یک یا دو دقیقه زمان می برد.
هنوز چالش های بسیاری باید برطرف شوند تا بتوان از این تکنولوژی در کاربردهای روزانه استفاده نمود. بزرگترین چالش، افزایش زمانی است که نانوذرات در چرخه شکل گرفتن و تجزیه شدن صرف می کنند.
با بلوغ این فناوری، کاربردهای بسیاری برای آن وجود خواهد داشت. این فناوری را میتوان در دیوارهای بیرونی یا بام ها به کار گرفت تا با پایین ترین میزان انرژی، به گرم و سرد شدن ساختمان ها کمک نماید. عرضه چنین قابلیت پویایی در ساختمان با هدف استفاده از منابع تجدیدپذیر برای گرمایش و سرمایش، می تواند فرصتی را برای کاهش استفاده از مصالح ساختمانی فراهم آورد که طی دهه ها، منبع قابل توجهی از انتشار کربن بوده اند.
این پژوهش، در مجله "ACS Energy Letters" به چاپ رسید.
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب