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

Erste "Phase-Change"-Tinten entwickelt, die das Heizen und Kühlen verändern könnten

28.03.2023 - Australien

Es wurden weltweit erste "Phasenwechseltinten" entwickelt, die die Art und Weise, wie wir Gebäude, Wohnungen und Autos Heizen und Kühlen, verändern könnten, um eine ausgeklügelte "passive Klimakontrolle" zu erreichen, und die ein enormes Potenzial zur Verringerung des Energieverbrauchs und der globalen Treibhausgasemissionen haben.

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Dr Mohammad Taha, University of Melbourne

Die neuen Tinten nutzen Nanotechnologie, um die Temperatur in alltäglichen Umgebungen zu kontrollieren.

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Dr Mohammad Taha, University of Melbourne

Neue Forschungsergebnisse, die im Journal of Materials Chemistry der Royal Society of Chemistry veröffentlicht wurden und von Dr. Mohammad Taha geleitet werden, dokumentieren den Nachweis des Konzepts von "Phasenwechseltinten", die Nanotechnologie zur Temperaturkontrolle in alltäglichen Umgebungen nutzen. Sie erreichen dies, indem sie die Menge der Strahlung, die sie durchdringen kann, an die Umgebung anpassen.

Laut Dr. Taha könnten diese Tinten zur Entwicklung von Beschichtungen für passives Heizen und Kühlen verwendet werden, so dass wir nicht mehr auf die Erzeugung von Energie zur Temperaturregulierung angewiesen sind.

"Der Mensch verbraucht viel Energie, um eine angenehme Umgebung zu schaffen und aufrechtzuerhalten - er heizt und kühlt seine Gebäude, Häuser, Autos und sogar seinen Körper", sagte Dr. Taha.

"Wir können uns nicht mehr nur auf die Energieerzeugung aus erneuerbaren Ressourcen konzentrieren, um unsere Umweltauswirkungen zu verringern. Wir müssen auch die Reduzierung unseres Energieverbrauchs als Teil unserer vorgeschlagenen Energielösungen in Betracht ziehen, da die Auswirkungen des Klimawandels zur 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 Lebensbedingungen ermöglichen, ohne unnötig Energie zu verbrauchen. Um beispielsweise im Winter für eine angenehme Heizung zu sorgen, könnten sich die auf einer Gebäudefassade aufgetragenen Farben automatisch umwandeln, um tagsüber mehr Sonneneinstrahlung durchzulassen und nachts eine stärkere Isolierung zu erreichen, um die Wärme im Haus zu halten. Im Sommer könnten sie sich so verwandeln, dass sie eine Barriere bilden, die die Wärmestrahlung der Sonne und der Umgebung abhält.

Die vielseitigen "Phasenwechseltinten" sind ein Proof-of-Concept, das laminiert, gesprüht oder Farben und Baumaterialien hinzugefügt werden kann. Sie könnten auch in Kleidung eingearbeitet werden, um die Körpertemperatur in extremen Umgebungen zu regulieren oder um großflächige, flexible und tragbare elektronische Geräte wie biegbare Schaltkreise, Kameras und Detektoren sowie Gas- und Temperatursensoren herzustellen.

Dr. Taha sagte: "Unsere Forschung beseitigt die bisherigen Beschränkungen für die kostengünstige Anwendung dieser Tinten in großem Maßstab. Das bedeutet, dass bestehende Strukturen und Baumaterialien nachgerüstet werden können. Bei Interesse der Hersteller könnte die Tinte in fünf bis 10 Jahren auf den Markt kommen.

"Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie können wir sie in größerem Maßstab einsetzen und in bestehende und neue Technologien integrieren, als Teil eines ganzheitlichen Ansatzes zur Bewältigung der weltweiten Energieprobleme im Zusammenhang mit dem Klimawandel.

"Das Potenzial dieses Materials ist enorm, da es für so viele verschiedene Zwecke eingesetzt werden kann, z.B. zur Verhinderung von Hitzestaus in elektronischen Laptops oder auf Auto-Windschutzscheiben. Das Schöne an diesem Material ist jedoch, dass wir seine Wärmeabsorptionseigenschaften an unsere Bedürfnisse anpassen können.

"Es wird bereits eine andere Art von Phasenwechselmaterial zur Herstellung von intelligentem Glas verwendet, aber unser neues Material bedeutet, dass wir intelligentere Ziegel und Farben herstellen können. Diese neue Nanotechnologie kann 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) - verändern 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, um ihre "phasenändernden" Eigenschaften zu aktivieren.

"Wir haben unser Wissen darüber, wie diese Materialien zusammengesetzt sind, genutzt, um zu testen, wie wir die Isolator-Metall-Reaktion (IMT) auslösen können, bei der das Material im Grunde als Schalter fungiert, um Wärme über eine bestimmte Temperatur hinaus zu blockieren - in der Nähe der Raumtemperatur (30-40°C)", sagte Dr. Taha.

Laut Dr. Taha wird der nächste Schritt darin bestehen, die von der Universität Melbourne patentierte Forschung in die Produktion zu überführen.

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