کاشی های هوشمند

اگر تا به حال در یک روز آفتابی با پای برهنه به پشت بام خانه ی خود رفته باشید، با سوزش پای خود متوجه این پدیده می شوید که سطوح تیره گرما را جذب می کنند. این پدیده در زمستان می تواند برای ما خوب باشد؛ چراکه باعث کاهش هزینه ی سوخت می گردد. اما در تابستان با گرم تر کردن خانه، باعث استفاده ی بیش از حد از سیستم خنک کننده گردیده و خوشایند نیست.

دلیل این که بیشتر مردم تمایل به پشت بام های به رنگ سفید دارند، این است که از نظر ذخیره سازی انرژی، مناسب تر می باشند. مسئله ی هدر رفتن انرژی، مسئله کوچکی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت.
دانشجویان دانشگاه MIT، کاشی هایی را ابداع کرده اند که بر مبنای تغییر دما، تغییر رنگ می دهد؛ یعنی به هنگام گرم شدن، سفید شده و بخش اعظم گرمای خورشید را منعکس می کنند و موقع سرد شدن نیز سیاه شده و گرما را جذب می کنند.

گروه Thermeleon (برگرفته از کلمه Chameleon به معنای آفتاب پرست، به دلیل خاصیت تغییر رنگ پذیری آن)، یکی از شرکت کنندگان در رقابت های امسال MADMEC (مسابقه ساخت و طراحی مواد مهندسی)، بین دانشجویان MIT بود. امسال که سومین سال برگزاری این مسابقات بود، دانشجویان بایستی در زمینه ی بهبود کارایی انرژی در مواد مهندسی کار می کردند، که این گروه با کسب مقام نخست، جایزه ی 5000 دلاری این مسابقات را از آن خود کرد. بررسی های این گروه نشان داد که 80% نور رسیده به سطوح سفید، منعکس می شوند، درحالی که در مورد سطوح سیاه، فقط 30% نور رسیده به آن منعکس می گردد. این بدین معنی است که رنگ سفید، 20% هزینه های خشک کردن را برای ما می کاهد.

Nick Orf، یکی از اعضای این گروه، در این خصوص می گوید که او و همکارانش در ابتدا سعی کردند با استفاده از سیستمی شامل مخلوطی از دو سیال با رنگ تیره و روشن که با تغییر دما، چگالی آن ها تغییر می کند، این کاشی ها را طراحی کنند؛ به این صورت که با کاهش دما، سیال سیاه و با افزایش دما، سیال سفید در سطح رویی قرار می گیرد. ازآنجاکه طراحی چنین سیستم هایی پیچیده بود، دنبال روش هایی ساده تر رفتند.

بنابراین از محلول آبی نوعی پلیمر تجاری که معمولاً در ژل های مخصوص مو به کار می رود، استفاده شد. نمونه ی اولیه ی این محلول، در محفظه ای بین لایه های شیشه و پلاستیک و نمونه های بعدی بین لایه های پلاستیکی انعطاف پذیر با یک لایه ی سیاه در پشت محفظه قرار داده شد.

زمانی که دما از حدی پایین تر باشد (با تغییر فرمولاسیون می توان این دمای حدی را تغییر داد)، پلیمر به صورت محلول باقی مانده و سطح سیاه از میان آن رؤیت می شود که نور خورشید را جذب می کند. اما هنگامی که دما بالا می رود، پلیمر متراکم شده و به قطرات کوچکی تبدیل می گردد که این قطرات به دلیل کوچک بودن نور را پخش نموده و سطح سفیدی را ایجاد می کنند که گرمای خورشید را بازمی گرداند.

این گروه هم اکنون سعی دارد تا بتواند محلول پلیمری را در محفظه های کوچک تری با حفظ خاصیت تغییر رنگ پذیری شان، قرار دهد تا قابلیت پوشش دهی هر سطحی به صورت اسپری یا حتی با قلم مو، مثل یک رنگ معمولی، فراهم شود. دراین صورت با هزینه ی کم تری می توان این کپسول های کوچک را بر روی هر سطحی به کار برد.

Orf و همکارانش سعی دارند که نمونه ی تهیه شده را در قالب صنعتی درآورند. با توجه به این که مواد به کاررفته، موادی ارزان هستند، قیمت تمام شده ی کاشی ها مناسب درمی آید. مشکلی که در اینجا وجود دارد بحث ماندگاری و پایداری این محصول است که اطمینان از آن زمان بر است. Orf در این زمینه می گوید، قبل از این که از این موضوع که" آیا محصول ما قابلیت رشد و ماندگاری را دارد یا نه؟" اطمینان حاصل کنیم، بایستی مسئله هزینه و ماندگاری آن را نیز بررسی کنیم.