Altın camların pasif ısıtılması

ETH Zürih’teki araştırmacılar, güneş ışığını ısıya dönüştürebilen oldukça şeffaf bir altın kaplama geliştirdiler. Buğulanmayı önlemek için cam ve diğer yüzeylere uygulanabilir. Yeni kaplama uygulamaları camları ve araç ön camlarını içerir.

ETH profesörleri Dimos Poulikakos ve Thomas Schutzius liderliğindeki gruptaki araştırmacılar, kaplamalarının imalatta yaygın olarak kullanılan yöntemlerle yapıldığına dikkat çekiyor. Bir temiz odada ve vakumlu buhar biriktirme kullanılarak, yüzeyde çok az miktarda altın biriktirilir. ETH Zürih, kaplama için patent başvurusunda bulundu.

Kızılötesi radyasyonun büyük bir bölümünü emer.

Yeni kaplamayı diğerlerinden ayıran şey, güneş ışınımını seçici olarak emmesidir. Güneş ışığındaki enerjinin yarısı kızılötesi spektrumda, diğer yarısı da görünür ışık ve ultraviyole spektrumundadır. Bu gelişmenin arkasındaki itici güç olan Avrupa Teknoloji Enstitüsü’nde doktora öğrencisi olan Ioan Hechler, “Kaplamamız kızılötesi radyasyonun büyük bir kısmını emer ve bu da 8 santigrat dereceye kadar ısınmasına neden olur” diye açıklıyor. Kaplamanın şeffaflığının nedeni olan görünür aralıktaki radyasyonun sadece bir kısmını emerler.

Yeni kaplama, geleneksel buğu önleme yöntemlerinden farklı bir yaklaşım benimsiyor. Geleneksel olarak yüzeyler, yoğuşmanın daha eşit şekilde dağılmasına neden olan suyu çeken (suyu seven) parçacıklarla kaplanır. Buğu önleyici spreyler bu şekilde çalışır. Ancak yeni yöntem bunun yerine yüzeyi ısıtıyor, böylece neme bağlı yoğuşmanın burada oluşmasını en başta engelliyor. Bir arabanın arka camında kullanılan prensibin aynısıdır. Ancak Hächler’in işaret ettiği gibi, elektrikli ısıtma verimsizdir ve enerji israfına neden olur. Buna karşılık, yeni kaplama pasif olarak ısıtılır ve gün boyunca ek bir güç kaynağı gerektirmez.

Daha ince, esnek ve daha verimli

Poulikakos ve Schutzius ve ekipleri, birkaç yıldır pasif ısıtma yüzey kaplamaları üzerinde çalışıyor. Üç yıl önce, bilim adamları şeffaf yüzeylerin buğulanmasını önleyen altın kaplamayla ilgili ilk makalelerini yayınladılar (ETH News [https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2019/03/nanotechnology-and-sunlight-clear-the-way-for-better-visibility.html]). Şimdi ortaya koydukları kaplamanın ilkine göre birçok avantajı var: Tek bir altın nanoparçacık tabakasından oluşuyor ve önemli ölçüde daha ince, bu da onu daha şeffaf ve esnek yapıyor. Ayrıca kızılötesi radyasyonu daha seçici bir şekilde emdiği için daha şeffaf ve verimlidir.

Altın pahalı olabilir, ancak araştırmacılar, kaplamalarının çok az malzeme gerektirdiğini ve böylece malzeme maliyetlerinin düşük tutulduğunu vurguluyor. Kaplama, elektriksel olarak yalıtkan bir malzeme olan çok ince iki titanyum oksit tabakası arasına sıkıştırılmış küçük altın kümelerinden oluşur. Bu iki dış tabaka, kırılma özelliklerinden dolayı ısıtma etkisinin etkinliğini arttırır. Ayrıca, titanyum oksitten oluşan üst tabaka, altın tabakasını korozyondan koruyan bir kaplama görevi görür. Bu “sandviçin” kalınlığı sadece 10 nanometredir. Karşılaştırıldığında, sıradan altın varak on iki kat daha kalındır.

Bireysel altın bloklar, altın katmanının elektriği iletmeye başlamasını sağlayan şey, birbirine çok az temas ediyor. Yani güneş ışığının yokluğunda, boyayı ısıtmak için elektrik kullanılabilir.

Araştırmacılar şimdi kaplamayı diğer uygulamalar için daha da geliştirecekler. Bu süreçte, diğer metallerin de altın kadar iyi çalışıp çalışmadığını araştıracaklar. Camlara ve ön camlara ek olarak, bu buğu önleme yöntemi, camlar, aynalar veya optik sensörler gibi nesnelerin sıcak ve net olması gereken her yerde kullanılabilir. Ancak bunun yaz aylarında arabayı veya binayı aşırı ısıtacağından korkmanıza gerek yok. Doktora Hächler, “Panel kaplaması, güneşten gelen kızılötesi radyasyonu emer, bu da paneli özellikle ısıtır ve radyasyonun bir arabanın veya binanın içine ulaşmasını engeller. Sonuç olarak, iç kısım, kaplama olmadan olacağından daha az ısınır” diye açıklıyor. ETH’de öğrenci.”

Bu araştırma projesi, İsviçre Ulusal Bilim Vakfı’ndan fon almıştır.

[Video]
https://youtu.be/P3S5MzMrErs
(Video: ETH Zürih)

Referans

Hächler I, Ferru N, Schnöring G, Mitridis E, Schutzius TM, Poulikakos D: Güneş enerjisiyle etkinleştirilen yarı saydam zehirli boya metalik malzemeler. Doğa Nanoteknolojisi 2022, doi: 10.1038/s41565-022-01267-1 [https://www.nature.com/articles/s41565-022-01267-1]

İlgili araştırma özeti: Nano-seçici güneş ışığı emici malzemeler kullanılarak buğu önleyici. Doğa Nanoteknolojisi 2022, doi: 10.1038/s41565-022-01269-z [https://www.nature.com/articles/s41565-022-01269-z]