Проект "Чорне чи біле?". Фарба сонячний колектор Який колір найкраще відображає сонячне проміння
Відомо, що поверхні, пофарбовані звичайною чорною фарбою, поглинають близько 85% світла, що падає на них. Але нещодавно розроблений метаматеріал зі складною поверхнею може поглинути близько 99% світла, що падає на нього, таким чином, по відношенню до цього матеріалу цілком вживаємо термін "чорніше чорного".
Цей метаматеріал, що має оптичні властивості, що описуються гіперболічними залежностями, має дуже низьке значення коефіцієнта відображення, що може бути використане для створення високоефективних сонячних батарей, фотодатчиків та нових стелс-технологій.
Дослідники з університету Пурду (Purdue University) та Норфолкського державного університету(Norfolk State University), очолювані Євгеном Нарімановим, виготовили новий матеріалвикористовуючи срібні нанопроводи, вирощені на поверхні алюмінієвої пластини. Дослідивши оптичні властивості метаматеріалу, вчені виявили, що, незважаючи на те, що і срібло і алюміній погано поглинають світло, поверхня матеріалу поглинає близько 80% падаючого світла.
Після цього, застосувавши деякі технологічні хитрощі, вчені зробили так, що суворо впорядкована поверхня матеріалу вдосталь покрилася тріщинами та дефектами, які, як було розраховано, різко зменшили коефіцієнт відбиття. Подальші експерименти показали, що такий “рифлений” метаматеріал здатний поглинати 99% від світла, що падає, але більше того, такий коефіцієнт поглинання випромінювання зберігається практично у всьому діапазоні електромагнітних хвиль.
Як пояснили вчені, низький коефіцієнт відображення нового матеріалу пояснюється накладенням гіперболічних оптичних властивостей початкового матеріалу з непередбачуваними властивостями дефектів, які значно збільшили "глибину" гіперболічного закону.
Дослідники вважають, що новий метаматеріал стане прототипом для створення нових матеріалів, які будуть ефективно поглинати всі види випромінювання електромагнітного діапазону. Оскільки поглинання світла грає ключову рольв ефективності сонячних батарей та інших технологій, дослідники планують проводити подальші роботи, орієнтуючись на напрямок сонячної енергетики.
- dailytechinfo.org -Коментарі:
Якого кольору одяг краще носити влітку?
Прийнято вважати, що літній одяг має бути світлих квітів, оскільки дозволяє відображати сонячні промені, і в ній не так жарко людині. Проте експерти наполегливо рекомендують у спекотні сонячні дні носити темний одяг. Саме вона захистить нашу шкіру від шкідливого впливуультрафіолетових променів, здатних викликати рак шкіри, стверджують вчені.
Найбільш важливе завдання в сонячну погоду- уберегти шкіру від шкідливого впливу ультрафіолету. Для цього, вважають дослідники, люди повинні одягати темний одяг, а не яскраві гавайські сорочки. Жовті сорочки захищають від сонячних променів найгірше. Мало кому спаде на думку одягнути на себе чорний або темно-синій одяг у спекотний сонячний день, проте вчені з Каталонського університету, Іспанія, радять обирати саме ці кольори. Колір тканини має колосальний вплив на її. захисні властивостівід ультрафіолетового випромінювання, пояснюють фахівці.
Особливо гарний у цьому аспекті темно-синій та червоний кольори – вони захищають шкіру найкраще.
Більшість людей, що відпочивають на курортах, розраховують на одяг для захисту від сонячних променів, що палять, хоча звичайного сонцезахисного крему було б цілком достатньо. Слід пам'ятати, що білі футболки та облягаючі маєчки, а також мокрі купальні костюми погано захищають від ультрафіолетових променів.
 |
Всім відомо, що для здорового організму помірна дія сонячних променів дуже корисна. Під їх дією організм людини починає виробляти вітамін D, необхідний для формування кісток і захищає організм від остеопорозу - стоншення і ламкості кісток, якому схильні багато людей похилого віку. Крім того, легка засмага - це чудовий косметичний засіб, який іде більшості жінок.
Водночас надлишок сонця може завдати значної шкоди. Щороку вчені проводять безліч досліджень, останні з яких підтвердили той факт, що ультрафіолет здатний прискорити передчасне старіння шкіри.
Незважаючи на те, що час старіння шкіри передається у спадок через гени, багато залежить і від кількості нашого перебування на сонці.
Старіння, спричинене сонячним світломпочинається в найтоншому шарі клітин. Клітини рогового шару стають грубими та ущільнюються. Меланоцити починають нерівномірно розподіляти меланін, тканини еластину стискаються, змінюються колагенові структури, поступово руйнуються тканини, які роблять нашу шкіру пружною та гладкою. В результаті шкіра стає нерівною, шорсткою на дотик.
Як дізнатися, чи старіє ваша шкіра від сонця чи ні?
Порівняйте шкіру в тих місцях, куди потрапляють сонячні промені, з тими місцями, куди вони не потрапляють: наприклад, внутрішній бікруки з зовнішньої та з обличчям. Якщо ви помітите різницю, не засмучуйтеся, а захистіть себе від подальших пошкоджень шкіри.
Як захистити свою шкіру?
Захистити себе від сонячного проміння не дуже складно. Для цього зовсім не обов'язково все життя проводити у тіні. Слід дотримуватися кількох простих правил:
не залишатися на сонці надто довгий час;
уникати годин максимальної сонячної активності;
регулярно наносити на шкіру сонцезахисні засоби.
Основним компонентом сонцезахисної косметики є речовини, які здатні поглинати ультрафіолетові промені сонячного спектру. Залежно від спектру поглинання, вони поділяються на UVA- та UVB-фільтри. Крім того, існує ряд універсальних фільтрів, що протистоять променям обох спектрів.
Опіки та болючі відчуття нам доставляють UVB-фільтри. А саме UVA винні у ранній появі зморшок, зменшуючи пружність та еластичність шкіри. Ці промені діють непомітно, не викликаючи у людини дискомфорту або больових відчуттів. А якщо людина не може їх помітити, то, отже, не може уникнути їх у подальшому. Тому ефективний захист від променів А фахівці вважають за основний засіб збереження молодості шкіри.
 |
Кожен сонцезахисний засіб має індекс захисту від сонця, що позначається цифрами. Всі сучасні креми мають два такі індекси. Перший SPF- позначає рівень захисту від ультрафіолетових b-променів(UVB), другий - UVA- Ступінь захисту від ультрафіолетових a-променів.
Шкіра звичайної людини починає червоніти в середньому протягом 6-10 хвилин після появи на сонці. Позначення SPF 12, наприклад, повідомляє, що шкіра буде захищена від появи почервоніння протягом 72-120 хвилин.
Існує ще одна залежність. Крем SPF 15 блокує від потрапляння на шкіру приблизно 93% UVB-променів. Крем SPF 30 блокує 97%. Крем SPF 50 блокує 99%. Різниця між 93, 97 і 99 відсотками може здатися незначною, проте якщо шкіра надто болісно реагує на сонячні промені або є схильність до раку шкіри, додаткові кілька відсотків захисту відіграють вирішальну роль. Крім того, звертаємо увагу на те, що жоден крем не здатний вловити 100% UV-випромінювання.
Чим більше чисельне значення індексу, тим вищий рівень його захисту. Відповідно для нерозташованих до засмаги людей - індекс має бути вищим, для добре загоряючих фототипів - нижче.
UVA PF до 2,7- низький захист (нетривалий)
UVA PF від 2,8 до 5,4- середній захист
UVA PF від 5,5 до 8,1- високий захист (довготривалий)
UVA PF більше 8,2- Надвисокий захист.
Для людей зі шкірою, схильною до почервоніння та опіків, оптимальними значеннямибудуть - для SPF діапазон від 40 до 50, для UVA -15.
Як правильно наносити сонцезахисний крем?
Дуже важливим моментомє правильне нанесеннякрему, не варто економити крем - якщо крем наносити тонким шаром, то він не діятиме взагалі, або діятиме неадекватно своєму початковому індексу. Крем наноситься на всю поверхню тіла, що контактує із сонячним випромінюванням (не забувайте про вуха, область навколо очей та рота).
Ну і, крім того, необхідно пам'ятати, що наносити сонцезахисні препарати потрібно за 10-15 хвилин до виходу на сонце – саме стільки часу необхідно для того, щоб захист почав діяти.
 |
Якщо, незважаючи на всі докладені зусилля, шкіра таки почервоніла, слідує:
негайно піти з сонця та одягнутися;
нанести на обпалену ділянку шкіри заспокійливий засіб, який зніме подразнення та зволожить шкіру;
можна скористатися народними засобами- молоком, кефіром або кислим молоком, компресами з міцного чаю;
увечері лягти спати оголеним, насипавши на простирадлі дитячу присипку, яка перешкоджатиме тертю шкіри про постільну білизну.
Облупившуюся після опіку шкіру в жодному разі не можна навіть ненадовго підставляти під сонячні промені, оскільки вона ще занадто ніжна і чутлива.
Знову позагоряти можна буде лише через кілька тижнів, коли шкіра повністю загоиться. Використання при цьому сонцезахисного засобу з високим фактором захисту не нижче SPF 25-30 обов'язкове.
Крім того, не варто забувати про те, що ризик захворіти на рак шкіри підвищується з кожним новим опіком.
Щоб усунути конфлікт між психологією людей і необхідністю заощадження енергії, група вчених вигадала білу фарбу, яка виглядає як чорна. Візуальний обман дозволить заощаджувати щорічно тисячі тонн палива.
Всім відомо, чому влітку люди одягають, як правило, світлий одяг. Не через моду, головним чином, а через той банальний факт, що білий колір- добре відбиває сонячне проміння.
Але коли мова заходить про покриття будівель, чомусь логіка поступається місцем моді.
Так, покриття дахів часто роблять темно-коричневими або темно-зеленими. Інші темні кольори(Аж до чорного) - також зустрічаються нерідко.
Вчені вважали, що підвищення коефіцієнта відображення даху, наприклад, з 20% (звичайна сіра фарба) до 55% (звичайна «майже біла» фарба) скоротило б витрата енергії на кондиціювання на 20%.
Адже покриття, які відбивають і лише 4-8% сонячного кольору, за статистикою, також чимало поширені.
Насамперед про США, де група вчених переймалася проблемою «неправильних» дахів. У цій країні кондиціонери дають відчутну частку у національному споживанні енергії.
Те саме справедливо і щодо багатьох інших спекотних країн. І навіть у холодній Росії навряд чи хтось відмовився б скоротити свої рахунки за електрику, яка витрачається влітку.
Пам'ятаючи про дбайливе ставлення до природи-матінки, Хашем Акбарі (Hashem Akbari) та його колеги з лабораторії Берклі (Berkeley Lab) кілька років тому приступили до пошуку виходу із ситуації.
Здається, справа то елементарна. Потрібно просто фарбувати покрівлі білим. Але, як виявилося, американці не хочуть цього робити (думаємо, те саме можна сказати про мешканців більшості інших країн, у яких також переважають неекономічні темні дахи).
Адже дахи важливий елементдизайн будинку. І маси віддають перевагу яскраві тони: цегляно-червоний, темно-зелений, різні відтінкикоричневого чи синього.
Нудний і бляклий білий або світло-сірий майже ніхто не бажає і знати.
Оскільки змінити звички мільйонів вчені було неможливо, вирішили: «Що ж, ми шукаємо легких шляхів». І розробили матеріали, які виглядають темними, але насправді відображають значну частину сонячної радіації.
Виконали цей фокус у відділенні екологічних енергетичних технологій лабораторії Берклі (Environmental Energy Technologies Division), де власне Акбарі і працює.
Сама ідея елементарна і витончена — потрібно було створити покриття, які мали б величезну відбивну здатність у ближньому інфрачервоному спектрі, в якому Сонце випромінює більше половини своєї енергії.
Але втілення ідеї виявилося не простим. Адже додаючи різноманітні речовини в фарби або інші кольорові матеріали (пластик, керамічна черепиця і так далі), потрібно було досягти зовнішньої подібностііз звичайними «гарячими» покриттями.
Вченим довелося перепробувати безліч поєднань пігментів, враховуючи їх вплив один на одного, і ще підібрати їх індивідуально до різним кольорамта типів покриттів.
У лабораторії навіть комп'ютерну програмуспеціальну написали, щоб аналізувати поглинання та розсіювання випромінювання сумішшю речовин вибірково – на окремих вузьких частотах.
А в результаті американці створили такі матеріали, які, зовні не відрізняються від коричневого, темно-червоного або зеленого, так улюбленими домовласниками (і будівельниками), відображають у кілька разів більше сонячної енергії.
При цьому фізики подумали і про технологію виготовлення покриттів із цих матеріалів.
Найцікавіше, зусилля лабораторії Берклі не зникли задарма - за сприяння її вчених цілий ряд виробників покриттів для дахів (не тільки в США) з недавніх пір ввів у свою програму так холодні-теплі матеріали.
Холодні – за фактичним нагріванням від Сонця, а теплі – за візуальною тональністю кольору.
Розподіл випромінювання Сонця за частотами (ілюстрація із сайту lbl.gov).
Деякі промисловці майже повністю перейшли нові фарби. А в Каліфорнії навіть розробили стандарт, покликаний зробити холодні дахи звичайними при будівництві нових будинків.
Найбільше вченим довелося возитися з так званою м'якою черепицею(а вона - одне з найпопулярніших покриттів у світі).
Такі плитки складаються зі скловолоконних листів, покритих бітумом, на який напилюють дрібну базальтову або кам'яну крихту з барвником.
Адаптувати ідею інфрачервоних пігментів до цих гранул було непросто, але недавно в Берклі оголосили про створення їх промисловими партнерами перших зразків таких м'яких плиток — темних і навіть зовсім чорних на вигляд, але «білих» у сенсі відображення енергії. Незабаром вони з'являться у продажу.
В основі цього нового матеріалу кремнію, який після кисню є найпоширенішим елементом планети.
Руйнівна сила сонячного світла величезна. Навіть найстійкіші структури руйнуються просто під впливом сонячного тепла. Для боротьби з цим природним убутком, команда вчених з відділу прикладної фізики при Університету Джонса Хопкінса (США) розробила нову фарбу, яка спонукає сонячне світло відбиватися навіть від металевих матеріалів, а отже, не підвищувати температуру поверхні, а також продовжувати термін її служби.
«Більшість структур, присутніх в автомобілях та будинках на основі полімерів, руйнуються під впливом ультрафіолетових променів сонячного світла. Так що з часом вони втрачають свій колір і свої властивості. Крім того, полімери також мають тенденцію виділяти леткі органічні сполуки, які можуть завдати шкоди. навколишньому середовищі», повідомляє керівник дослідження Джейсон Бенкоскі.
Потім вчені звернули увагу на кремній. Його модифікована версія у вигляді силікатного калію зазвичай розчиняється у воді, вони перетворили цю сполуку, так що при розпиленні на поверхню вона висихає, стаючи водостійкою, не втрачаючи своїх властивостей.
На відміну від акрилу або іншої фарби, ця поверхня є практично неорганічною, що продовжує її термін служби. Він розроблений так, щоб зберігати металеву поверхню, запобігати розтріскуванню та погіршенню металевих поверхоньза рахунок відбиття всього сонячного світла. Вона не поглинає сонячне світло, за рахунок чого будь-яка поверхня з її покриттям залишатиметься такою як температура повітря або навіть трохи нижче. Черепичні дахи, автомобілі, кораблі, електронні пристрої– це практичне застосуванняцієї інноваційної фарби.
«Якщо ми зробимо фарбу, здатну зберегти температури покритої площі під температуру зовнішнього повітря, то ми зможемо знизити швидкість корозії та інші руйнування. Ви можете пофарбувати дах свого будинку, щоб зберегти свіжість та влітку зменшити за рахунок цього кондиціювання повітря», повідомляє Бенкоскі.
Дослідження було представлено Американському хімічному суспільству ( American Chemical Society).
Бангладеський художник Тайєба Бегум Ліпі (Tayeba Begum Lipi) отримує предмети, поєднуючи безліч лез для гоління. Гострі металеві об'єкти перетворюються на дитячі коляски, тенісне взуття, чуттєві тканини, швейні машиниі багато іншого. ...
Коли ви були молодші, вас вчили, що вулкани містять центральну камеру, заповнену розплавленим матеріалом, який називається магмою. Але британське дослідження стверджує, що всередині вулкана немає такого підземного простору, лише багато маленьких...
Традиційно літній одяг шиють із тканин світлих квітів. Вважається, що світлий одяг відображає сонячне проміння, і людині не так спекотно на сонці. Проте експерти наполегливо рекомендують у спекотні сонячні дні носити темний одяг. Саме вона захистить нашу шкіру від шкідливого впливу ультрафіолетових променів, здатних викликати рак шкіри.
Люди, які бажають уберегти себе від шкідливих ультрафіолетових променів, повинні одягатися в темний одяг, а не яскраві гавайські сорочки, вважають експерти. Жовті сорочки захищають від сонячних променів найгірше. Мало кому спаде на думку одягнути на себе чорний або темно-синій одяг у спекотний сонячний день, проте вчені з Каталонського університету, Іспанія, радять обирати саме ці кольори. "Колір тканини має колосальний вплив на її захисні властивості від ультрафіолетового випромінювання", - розповідає автор дослідження, доктор Астенсьйон Ріва (Ascension Riva).
Традиційні для теплої погодибілий та жовтий кольоринаражають людину на більший ризик появи раку шкіри, стверджують вчені. А темні та більш насичені кольори краще поглинають сонячні промені. Особливо гарний у цьому аспекті темно-синій та червоний кольори – вони захищають шкіру найкраще. Про це вчені розповіли на сторінках журналу Industrial and Engineering Chemistry. У ході роботи вони фарбували однакову бавовняну тканину в різні відтінки червоного, блакитного та жовтого квітіва потім вимірювали здатність кожного зразка поглинати ультрафіолетові промені.
Більшість людей, що відпочивають на курортах, розраховують на одяг для захисту від сонячних променів, що палять, хоча звичайного сонцезахисного крему було б цілком достатньо. Слід пам'ятати, що білі футболки та облягаючі маєчки, а також мокрі купальні костюми погано захищають від ультрафіолетових променів. Вчені впевнені, що ця інформація може бути корисною не тільки споживачам, а й виробникам одягу для створення продукції, здатної ефективно захистити від сонця.