Xiulin Ruan, un professeur de génie mécanique de l'Université Purdue, détient l'échantillon de son laboratoire de la peinture la plus blanche jamais enregistrée. Jared Pike/Université Purdue A midi un jour d'été ensoleillé, la température d'un toit plat conventionnel de couleur foncée peut atteindre 150 degrés Fahrenheit (65 degrés Celsius), selon le département américain de l'Énergie. Cette chaleur réchauffera également l'intérieur d'un bâtiment ou d'une maison, rendant nécessaire l'utilisation de la climatisation - une dépense énergétique qui à son tour nécessite souvent la combustion de combustibles fossiles dans les centrales électriques, dont les émissions contribuent à la progression du changement climatique. C'est un problème épineux qui pourrait être facilement résolu, si nous n'avions que des toits qui réfléchissaient l'énergie solaire dans le ciel, au lieu de l'absorber.
C'est pourquoi le développement par les chercheurs de la peinture la plus blanche jamais créée - une formulation "ultra-blanche" qui reflète jusqu'à 98,1 pour cent de la lumière du soleil - pourrait s'avérer être un gros problème dans l'effort pour réduire la consommation d'énergie et lutter contre le réchauffement de notre planète. La percée est détaillée dans cet article, publié le 15 avril 2021, en Matériaux Appliqués &Interfaces, un journal de l'American Chemical Society (ACS).
"Cette peinture reflète non seulement la majorité de la lumière du soleil pour éviter la surchauffe, mais se refroidit aussi plus froid que l'air qui l'entoure, même en plein soleil, " Xiangyu Li, le premier auteur de l'article, dit par e-mail. C'est un chercheur postdoctoral au Massachusetts Institute of Technology qui a travaillé sur le projet pendant ses études supérieures à Purdue. (Ses co-auteurs incluent Joseph Peoples, Peiyan Yao et l'auteur correspondant Xiulin Ruan, professeur de génie mécanique à Purdue, qui dirige le laboratoire de transport et de conversion d'énergie à l'échelle nanométrique de l'université.)
"En quelque sorte, c'est effectivement un climatiseur sans consommer d'électricité, " dit Li.
Non seulement la peinture absorbe très peu d'énergie du soleil, mais il émet également de l'énergie thermique dans la gamme infrarouge dans l'atmosphère, de sorte qu'il voyage hors de la Terre. « Les deux effets contribuent à réduire les besoins en électricité ou en refroidissement, " dit Li.
Les chercheurs essaient de fabriquer des peintures qui pourraient être utilisées dans le refroidissement passif depuis les années 1970, mais la plupart d'entre eux ont absorbé trop de soleil, afin qu'ils ne fournissent aucun effet de refroidissement pendant la journée, Li explique. Dans les années récentes, les scientifiques ont également exploré des technologies exotiques pour créer des surfaces réfléchissant la lumière, tels que les films multicouches nanostructurés, mais ces solutions ont tendance à être coûteuses et difficilement adaptables aux bâtiments, selon Li.
Cela a ramené les chercheurs à penser que la meilleure approche "est sous la forme d'un composite particule-polymère, qui est similaire à la peinture commerciale, ", explique Li.
Une caméra infrarouge montre comment un échantillon de la peinture blanche la plus blanche (le carré violet foncé au milieu) refroidit réellement la carte en dessous de la température ambiante, quelque chose que même les peintures commerciales « rejetant la chaleur » ne font pas. Joseph Peoples/Université Purdue La peinture blanche ordinaire n'est pas assez blanche pour aider beaucoup au refroidissement passif - elle ne reflète que 80 à 90 pour cent de la lumière du soleil, et se réchauffe en fait en absorbant la lumière ultraviolette. Donc, la tâche est devenue de trouver un moyen de rendre la peinture blanche encore plus blanche. Et cela s'est avéré être un défi.
"Nous avons d'abord essayé plusieurs matériaux avec une bande interdite élevée pour éviter l'absorption solaire, " dit Li. " Cependant, les peintures apparaissaient souvent semi-transparentes à faible épaisseur en raison du manque de capacité à réfléchir la lumière du soleil. Lors de nos précédentes études sur les peintures commerciales et la modélisation théorique, nous avons identifié qu'une concentration élevée et une distribution granulométrique large étaient bénéfiques. Lorsque nous avons mis en œuvre ces deux approches, nous avons vu la solution de peinture apparaître plus blanche par rapport aux tentatives précédentes."
Comme Li l'a expliqué dans un communiqué de presse de Purdue, les chercheurs ont examiné « divers produits commerciaux, essentiellement tout ce qui est blanc." Finalement, "[nous] avons découvert qu'en utilisant du sulfate de baryum, vous pouvez théoriquement faire les choses vraiment, vraiment réfléchissant, ce qui signifie qu'ils sont vraiment, vraiment blanc."
Vous avez peut-être déjà entendu parler du sulfate de baryum. C'est la substance que les patients médicaux prennent sous forme de boisson ou de comprimé pour enduire l'œsophage, l'estomac et les intestins lorsqu'ils subissent une radiographie ou un scanner, afin que les médecins puissent voir plus clairement les zones malades ou endommagées, selon MedlinePlus. En tant qu'ingrédient de peinture, Li note, il est déjà largement disponible et sans danger pour les humains et l'environnement.
Les chercheurs ont utilisé une variété de tailles de particules de sulfate de baryum dans la peinture, ce qui a permis à la peinture de disperser une plus grande partie du spectre.
Ils devaient également s'assurer que la peinture durerait assez longtemps à l'extérieur pour convenir à la peinture des toits. "Nous avons testé la résistance à l'abrasion, vieillissement extérieur de trois semaines et test de rinçage à l'eau, " explique Li. "Tous les trois ont montré des résultats prometteurs lors des premiers tests de durabilité. Nous avons également testé la viscosité, et les peintures peuvent être brossées et séchées de manière très similaire à la peinture commerciale. Il peut également être fabriqué de la même manière. Dans ce travail, nous avons non seulement obtenu une peinture supérieure à la peinture commerciale, mais n'ont pas non plus besoin d'équipements ou de matériaux spécialisés pour fabriquer, transporter ou appliquer la peinture."
La peinture ultra-blanche ressemble assez à la peinture blanche ordinaire, parce que la différence de réflectivité, bien qu'important en termes de refroidissement, est imperceptible à l'œil humain. "Dans le journal, nous avons une photo des deux peintures, qui se ressemblent presque, " dit Li.
La prochaine étape de la recherche consiste à optimiser la peinture pour une durabilité à long terme dans différentes sortes de conditions météorologiques. Il n'y a pas encore de date cible pour qu'il soit prêt pour le marché, alors ne le cherchez pas à la quincaillerie locale pour l'instant.
Maintenant c'est intéressantLe contraire de l'ultra-blanc pourrait être Vantablack, le nom de marque d'un type de revêtement super noir qui réfléchit moins de 1 % de la lumière, développé par une société anglaise appelée Surrey NanoSystems.
