خبر

  • تک بورد - آیا موادی که در تاریکی می درخشند روزی شهرهای ما را روشن خواهند کرد؟

    آیا موادی که در تاریکی می درخشند روزی شهرهای ما را روشن خواهند کرد؟
    13 روز و 18 ساعت قبل

    مواد نورافشانی را می‌توان در پیاده‌روها، خیابان‌ها و ساختمان‌ها اعمال کرد.
    در حدود سال 1603، وینچنزو کاسیارولو، کفش‌ساز و کیمیاگر آماتور ایتالیایی، سعی کرد سنگ مخصوصاً متراکمی را که در دامنه‌های کوه پادرنو، نزدیک بولونیا پیدا کرده بود، ذوب کند. هیچ طلا، نقره یا سایر فلزات گرانبها آنطور که او امیدوار بود به دست نیامد. اما پس از سرد شدن سنگ، کاسیارولو چیز جالبی کشف کرد: اگر این ماده را در معرض نو

    این "سنگ بولونیا" اولین ماده مصنوعی بود که به طور مداوم درخشان می شود. موارد بیشتری قرار بود دنبال شوند—و امروزه، از مواد درخشان ثابت برای تزئینات، روشنایی اضطراری، خط‌کشی‌های پیاده‌رو و تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شود.

    روزی ممکن است شهرهای درخشانی به ما بدهند که خنک‌تر می‌مانند و برق کمتری مصرف می‌کنند.

    نسل جدیدی از مواد درخشان پتانسیل خنک کردن شهرها را با انتشار مجدد نور دارد که در غیر این صورت به گرما تبدیل می‌شود. آنها همچنین ممکن است مصرف انرژی را کاهش دهند، زیرا پیاده روهای درخشان، نشانگرهای درخشان جاده، یا حتی ساختمان های درخشان می توانند جایگزین برخی از روشنایی خیابان ها شوند. در حال حاضر، برخی از شهرها در اروپا خطوط دوچرخه درخشانی را نصب کرده اند، و برخی از محققان با استفاده از رنگ درخشان برای خط کشی جاده ها مطالعه کرده اند.

    مسیر دوچرخه سواری ون گوگ در آیندهوون از نقاشی این هنرمند الهام گرفته شده است em شب پرستاره/em. مسیرها و جاده‌های مشابهی که در تاریکی می‌درخشند، می‌توانند در نهایت در مصرف انرژی برای روشنایی و خنک کردن شهرها صرفه‌جویی کنند. (برای متحرک کردن این GIF، آن را بزرگ کنید.)بزرگنمایی / مسیر دوچرخه سواری ون گوگ در آیندهوون الهام گرفته شده است توسط نقاشی هنرمند شب پرستاره. مسیرها و جاده‌های مشابهی که در تاریکی می‌درخشند، می‌توانند در نهایت در مصرف انرژی برای روشنایی و خنک‌کردن شهرها صرفه‌جویی کنند. (بزرگ کنید تا این GIF متحرک شود.) Daan Roosegaarde / studioroosegaarde.net

    پل بردال، فیزیکدان محیط زیست که اکنون از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در برکلی، کالیفرنیا بازنشسته شده است، می گوید: "برای محیط زیست بهتر است." "اگر بتوان فناوری را بهبود بخشید، می توانیم انرژی کمتری مصرف کنیم... این کار ارزشمندی است."

    سنگ بولونیا، شکلی از باریت معدنی، فیلسوفان طبیعی را در آن زمان مجذوب خود کرد اما هرگز به خصوص مفید نبود. اما در دهه 1990، شیمیدانان انواع جدیدی از مواد فوتولومینسانس پایدار، مانند آلومینات استرانسیوم را توسعه دادند که تا ساعت ها پس از قرار گرفتن در معرض نور، درخشندگی قوی خود را حفظ می کرد. بیشتر این مواد جدید درخششی آبی یا سبز از خود می‌تابند، اگرچه تعدادی از آنها به رنگ زرد، قرمز یا نارنجی می‌درخشند.

    تبلیغات

    اینگونه مواد فوتولومسانس با "به دام انداختن" انرژی یک فوتون و سپس انتشار مجدد کار می‌کنند. این انرژی به عنوان نور با طول موج پایین تر است. گاهی اوقات نور بلافاصله ساطع می شود، مانند یک لامپ فلورسنت. مواد دیگر، که به طور مداوم درخشنده نامیده می شوند، انرژی را برای مدت طولانی تری ذخیره می کنند و آن را آهسته تر ساطع می کنند.

    بیش از 250 نوع ماده شب تاب شناسایی شده است. در بالا با الف) مواد کمیاب گروه بندی شده اند. به عنوان مرکز درخشنده عمل می کند؛ ب) ترکیب میزبان؛ و ج) رنگی که ماده ساطع می کند.بزرگنمایی / بیش از 250 نوع ماده درخشان شناسایی شده است. در بالا آنها با الف) مواد کمی که به عنوان مرکز شب تاب عمل می کنند گروه بندی می شوند. ب) ترکیب میزبان؛ و ج) رنگی که ماده ساطع می کند.

    این مواد که ساعت‌ها به‌شدت می‌درخشند، فرصت‌هایی را باز می‌کنند، مانند شهرهای «درخشش در تاریکی» که توسط سنگ‌فرش‌ها و ساختمان‌های درخشان روشن می‌شوند. مهندس ساختمان آنا لورا پیسلو و همکارانش در بررسی سالانه تحقیقات مواد در سال 2021 می نویسند: از آنجایی که 19 درصد کل مصرف انرژی جهانی برای روشنایی و در اروپا حدود 1.6 درصد به طور خاص برای روشنایی خیابان ها است، صرفه جویی در انرژی بالقوه زیاد است. >

    یکی از مشکلات این رویکرد این است که بیشتر مواد شب تاب در تمام طول شب نمی درخشند. پیسلو، از دانشگاه پروجا، که در مورد مصالح ساختمانی با انرژی کارآمد مطالعه می کند، می گوید: مواد بهتر می توانند به حل این مشکل کمک کنند. در این میان، مواد موجود را می‌توان با روشنایی الکتریکی ترکیب کرد که به اندازه کافی روشن می‌شود تا علائم جاده را قبل از خاموش شدن دوباره شارژ کند.

    رنگ درخشان همچنین می‌تواند روشنایی فضای باز را فراهم کند. آزمایشگاه Pisello چنین رنگ درخشانی در تاریکی ایجاد کرد و در گزارشی در سال 2019، شبیه‌سازی کرد که اگر یک مسیر عمومی در نزدیکی ایستگاه راه‌آهن را با آن نقاشی کنند، چه اتفاقی می‌افتد. دانشمندان دریافتند که با درخشش در طول شب، رنگ انرژی مورد نیاز برای روشنایی را تا حدود 27 درصد در ناحیه نزدیک کاهش می دهد.

    اگر این باعث ایجاد نگرانی در کل شهرها شود که در طول شب خیره می شوند و به نور مضر می افزایند. پیسلو می گوید که آلودگی بعید است. مواد شب تاب به احتمال زیاد فقط جایگزین روشنایی موجود می شوند، نه اینکه به آن اضافه کنند. رنگ مواد درخشان را می توان برای جلوگیری از فرکانس های آبی که به ویژه برای حیات وحش مضر است انتخاب کرد.

    مواد درخشان همچنین می توانند به مبارزه با آنچه به عنوان اثر جزیره گرمایی شهری معروف است کمک کنند. پشت بام ها و پیاده روها انرژی را از خورشید جذب می کنند و آن را به صورت گرما ساطع می کنند و دمای تابستان شهرها را به طور متوسط ​​7.7 درجه سانتیگراد بالاتر از مناطق روستایی اطراف می کند. دمای بالا یک خطر بالقوه برای سلامتی است و همچنین منجر به مصرف انرژی بیشتر برای خنک کردن ساختمان‌ها می‌شود.

    تبلیغات

    یک راه حل رایج استفاده از مواد "خنک" که نور را منعکس می‌کنند، مانند رنگ سفید و نور است. آسفالت رنگی معلوم شد که افزودن مواد شب تاب می تواند کمک بیشتری کند.

    Anna Laura Pisello و همکارانش در دانشگاه پروجا در حال تلاش برای ایجاد پیاده روهای عملی هستند که در تاریکی می درخشند. آنها در حال آزمایش با مواد مختلف درخشان هستند. و آزمایش نحوه افزودن آنها به مواد روسازی برای به دست آوردن بهترین عملکرد و دوام. در بالا نمونه هایی از مواد شب تاب و یک سنگ فرش وجود دارد که در آن تعبیه شده است.آنا لورا پیسلو و همکارانش در دانشگاه پروجا در تلاشند تا پیاده روهای عملی ایجاد کنند که در تاریکی می درخشند. آنها در حال آزمایش مواد مختلف شب تاب هستند و نحوه افزودن آنها را به مواد روسازی برای دستیابی به بهترین عملکرد و دوام آزمایش می کنند. در بالا نمونه هایی از مواد درخشان و یک سنگ فرش وجود دارد که در آن تعبیه شده است. آنا لورا پیسلو

    در آزمایشگاه لارنس برکلی، بردال و تیمش با یاقوت مصنوعی، ماده ای که در نور خورشید درخشان است، آزمایش کردند تا رنگی بسازند. پوشش هایی که خنک ماندند در یک آزمایش اولیه، آنها گزارش دادند که یک سطح رنگدانه یاقوتی در خورشید نسبت به یک ماده رنگی مشابه بدون رنگدانه خاص سردتر می ماند.

    آزمایشگاه پیسلو یک قدم جلوتر رفت و چندین ماده درخشان پیوسته به آن اضافه کرد. انرژی نور را ذخیره می کرد و به آرامی آن را به بتن می داد. در مقایسه با سطوح غیر درخشان با همان رنگ، بهترین آنها دمای هوای اطراف را در روزهای آفتابی تا 3.3 درجه سانتیگراد کاهش می دهد.

    "شما می توانید [یک سطح] را تا حد امکان منعکس کنید. پاتریک فیلان، مهندس مکانیک در ایالت آریزونا، می‌گوید: اما آیا می‌توانید فراتر از آن بروید؟ ایده این است که شاید بتوانید با استفاده از لومینسانس پایدار به عنوان راه دیگری برای انتقال انرژی به بیرون، کمی فراتر از آن بروید... جالب است. دانشگاهی که مقاله ای در مورد اثر جزیره گرمایی شهری در بررسی سالانه محیط و منابع نوشت. 250 ماده درخشان شناخته شده وجود دارد که بسیاری از آنها هنوز برای کاربردهای عملی مطالعه نشده اند. پیسلو می‌گوید که پتانسیلی برای رنگ‌های درخشان و پیاده‌روها وجود دارد که ماندگاری بیشتری داشته باشند و در رنگ‌های بیشتر روشن‌تر بدرخشند.

    او می‌گوید: «در کوتاه‌مدت، بهترین و ساده‌ترین راه‌حل بهبود چیزی است که در حال حاضر داریم. . این شامل بهینه سازی مواد به گونه ای است که نور را طولانی تر، قوی تر یا در رنگ های مختلف منتشر کنند و اطمینان حاصل شود که در محیط های واقعی به کار خود ادامه می دهند.

    او اضافه می کند که در درازمدت کلاس های جدیدی وجود دارد. مواد مهندسی شده می تواند حتی بهتر عمل کند. به عنوان مثال، می‌توان به «نقاط کوانتومی» - ذرات نیمه‌رسانای ریز که می‌توانند درخشنده باشند و قبلاً در تصویربرداری‌های بیولوژیکی استفاده می‌شوند - یا پروسکایت‌ها، موادی که در سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند و همچنین برای ویژگی‌های درخشندگی‌شان در حال مطالعه هستند، روی آورد. p>

    Kurt Kleiner یک روزنامه نگار علمی مستقل در تورنتو است.

    این داستان در ابتدا در مجله Knowable منتشر شد.





خبرهای دیگر از علوم پایه