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Dec 17, 2023

„Nano-Tinten“ könnten die Temperatur in Gebäuden und Autos passiv steuern

27. März 2023 Dies

27. März 2023

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von der University of Melbourne

Es wurden weltweit erste „Phasenwechseltinten“ entwickelt, die die Art und Weise, wie wir Gebäude, Häuser und Autos heizen und kühlen, verändern könnten – um eine anspruchsvolle „passive Klimatisierung“ zu erreichen – und ein enormes Potenzial haben, zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der globalen Treibhausgasemissionen beizutragen.

Neue Forschungsergebnisse, die im Journal of Materials Chemistry A der Royal Society of Chemistry unter der Leitung von Dr. Mohammad Taha veröffentlicht wurden, dokumentieren den Proof-of-Concept von „Phasenwechseltinten“, die Nanotechnologie nutzen, um die Temperatur in alltäglichen Umgebungen zu steuern. Dies erreichen sie, indem sie die Strahlungsmenge, die sie passieren kann, an die Umgebung anpassen.

Dr. Taha sagte, diese Tinten könnten zur Entwicklung von Beschichtungen verwendet werden, um eine passive Erwärmung und Kühlung zu erreichen, wodurch wir weniger auf die Energieerzeugung zur Regulierung der Temperaturen angewiesen wären.

„Menschen verbrauchen viel Energie, um eine angenehme Umgebung zu schaffen und aufrechtzuerhalten – zum Heizen und Kühlen unserer Gebäude, Häuser, Autos und sogar unseres Körpers“, sagte Dr. Taha.

„Wir können uns nicht mehr nur auf die Energieerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen konzentrieren, um unsere Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren. Wir müssen auch die Reduzierung unseres Energieverbrauchs als Teil unserer vorgeschlagenen Energielösungen in Betracht ziehen, da die Auswirkungen des Klimawandels Realität werden.“

„Indem wir unsere Tinten so konstruieren, dass sie auf ihre Umgebung reagieren, reduzieren wir nicht nur den Energieaufwand, sondern machen auch zusätzliche Kontrollsysteme zur Temperaturregelung überflüssig, was eine zusätzliche Energieverschwendung darstellt.“

Eine passive Klimatisierung würde komfortable Wohnverhältnisse ermöglichen, ohne unnötig Energie zu verbrauchen. Um beispielsweise im Winter für eine angenehme Heizung zu sorgen, könnten sich die auf eine Gebäudefassade aufgetragenen Farben automatisch verändern, um tagsüber mehr Sonneneinstrahlung durchzulassen und nachts eine bessere Isolierung zu gewährleisten, um die Wärme drinnen zu halten. Im Sommer könnten sie sich in eine Barriere verwandeln, die die Wärmestrahlung der Sonne und der Umgebung blockiert.

Die vielseitigen „Phasenwechseltinten“ sind ein Proof-of-Concept, der laminiert, aufgesprüht oder zu Farben und Baumaterialien hinzugefügt werden kann. Sie könnten auch in Kleidung integriert werden, um die Körpertemperatur in extremen Umgebungen zu regulieren, oder bei der Herstellung großer, flexibler und tragbarer elektronischer Geräte wie biegsamer Schaltkreise, Kameras und Detektoren sowie Gas- und Temperatursensoren.

Dr. Taha sagte: „Unsere Forschung beseitigt die bisherigen Beschränkungen für die kostengünstige Anwendung dieser Tinten in großem Maßstab. Dies bedeutet, dass bestehende Strukturen und Baumaterialien nachgerüstet werden können. Bei Interesse an der Herstellung könnten die Tinten in fünf bis zehn Jahren auf den Markt kommen.“

„Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie können wir sie erweitern und in bestehende und neue Technologien integrieren, als Teil eines ganzheitlichen Ansatzes zur Bewältigung der Energieherausforderungen des Klimawandels auf der Welt.“

„Das Potenzial dieses Materials ist enorm, da es für so viele verschiedene Zwecke verwendet werden kann – etwa zur Verhinderung von Hitzestau in der Elektronik von Laptops oder auf Windschutzscheiben von Autos. Aber das Schöne an diesem Material ist, dass wir seine Wärmeabsorptionseigenschaften entsprechend anpassen können.“ unsere Bedürfnisse.

„Bereits wird eine andere Art von Phasenwechselmaterial zur Herstellung von intelligentem Glas verwendet, aber unser neues Material bedeutet, dass wir intelligentere Ziegel und Farben entwickeln können. Diese neue Nanotechnologie kann dabei helfen, bestehende Gebäude nachzurüsten, um sie effizienter zu machen. Das ist besser für die Umwelt und.“ nachhaltig für die Zukunft.“

Der Durchbruch gelang durch die Entdeckung, wie man einen der Hauptbestandteile von „Phasenwechselmaterialien“ – Vanadiumoxid (VO2) – modifizieren kann. Phasenwechselmaterialien nutzen Auslöser wie Wärme oder Elektrizität, um genügend Energie zu erzeugen, damit sich das Material unter Belastung umwandeln kann. Bisher mussten Phasenwechselmaterialien jedoch auf sehr hohe Temperaturen erhitzt werden, damit ihre „Phasenwechsel“-Eigenschaften aktiviert wurden.

„Wir nutzten unser Verständnis darüber, wie diese Materialien zusammengesetzt sind, um zu testen, wie wir die Isolator-zu-Metall-Reaktion (IMT) auslösen können, bei der das Material im Wesentlichen als Schalter fungiert, um Wärme über eine bestimmte Temperatur hinaus – etwa Raumtemperatur (30-30 °C) – zu blockieren. 40 °C)“, sagte Dr. Taha.

Dr. Taha sagte, der nächste Schritt werde darin bestehen, die von der University of Melbourne patentierte Forschung in die Produktion zu bringen.

Mehr Informationen: Mohammad Taha et al., Infrarotmodulation über Phasenübergänge von Vanadiumoxiden und Kern-Schale-Verbundwerkstoffen bei nahezu Raumtemperatur, Journal of Materials Chemistry A (2023). DOI: 10.1039/D2TA09753B

Zeitschrifteninformationen:Zeitschrift für Materialchemie A

Zur Verfügung gestellt von der University of Melbourne