اختصاصی بسپار/ساخت و ساز زیست پایدار با فراماده‌ی ترانما: کلید صرفه جویی در انرژی
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ایران پلیمر فراماده‌ی (metamaterial) چند منظوره‌ی microphotonic ساخته شده از بسپار از شرکت KIT راهی به سوی روش‌های ساخت و ساز کم مصرف باز می‌کند.
زیست پایداری، بهره وری انرژی و راحتی، الزامات کلیدی هستند که باید توسط مواد نوین برآورده شوند. مصالح ساختمانی معمولی مانند شیشه محدود کننده هستند. برای مثال گرمای بیش از حد در فضای داخلی تولید می‌کنند. اینجاست که یک ماده‌ی جدید بسپاری وارد می‌شود که به طور هوشمند نور طبیعی و تنظیم گرما را برای کاهش مصرف انرژی ترکیب می‌کند.
دکتر گان هوانگ در مصاحبه ای با مجله‌ی K در مورد ساخت این ماده‌ی چند منظوره، خواص ویژه و کاربردهای بالقوه‌ی آن در معماری و فراتر از آن صحبت می‌کند.
دکتر هوانگ، انگیزه‌ی ساخت این مواد جدید بسپاری چه بود و قرار است چه مشکلاتی را حل کند؟
دکتر گان هوانگ: ما در تلاش برای حل چند مساله‌ی مرتبط با سقف‌ها و دیوارهای ترانما (transparent)ی سنتی ساختمان‌ها بودیم؛ از جمله تابش خیره کننده، نگرانی‌های حفظ حریم خصوصی و گرمای بیش از حد. این مشکلات می‌توانند محیط‌های داخلی را ناخوشایند کنند، مصرف انرژی برای خنک کردن را افزایش دهند و از بهره وری بکاهند. هدف ما ایجاد ماده‌ای بود که نه تنها به نور طبیعی اجازه‌ی ورود به ساختمان‌ها را می‌دهد، بلکه نور و گرما را به گونه‌ای مدیریت می‌کند که آسایش داخل ساختمان را می‌افزاید، مصرف انرژی را می‌کاهد و رفاه ساکنان را بهبود می‌بخشد.
آیا می‌توانید خواص ویژه مواد جدید خود را توضیح دهید؟
هوانگ: این فراماده‌ی بسپاری به نام Polymer-based Micro-Photonic Multi-Functional Metamaterial حدود 73 درصد از نور خورشید را پخش می‌کند که باعث کاهش تابش خیره کننده‌ی آن می‌شود و روشنایی بهتری برای محیط داخلی فراهم می‌کند. این ماده به 95 درصد نور مرئی اجازه‌ی عبور می‌دهد که بسیار بالاتر از شیشه‌های سنتی است. علاوه بر این، این ماده دارای تابش بالایی (~ 0.98) در محدوده‌ی فروسرخ است که آن را قادر می‌سازد به طور غیرفعال گرما و خنکی ساختمان‌ها را بدون مصرف برق بازتاب کند. خواص فوق آب‌گریز آن با زاویه تماس 152 درجه به دفع آب و گرد و غبار و تمیز نگه داشتن سطح کمک می‌کند.
این ماده تا چه حد ساخت و ساز زیست پایدارتری را امکان پذیر می‌کند؟
هوانگ: با کاهش نیاز به نور مصنوعی و به حداقل رساندن استفاده از تهویه‌ی مطبوع، مصرف انرژی کلی ساختمان‌ها را می‌کاهد. این ماده به حفظ دمای متعادل داخل خانه کمک می‌کند و وابستگی به سامانه‌های تهویه مطبوع را کاهش می‌دهد. ویژگی‌های خود تمیز شوندگی آن نیاز به تمیز کردن و نگهداری مکرر را نیز می‌کاهد که می‌تواند در طول زمان باعث صرفه جویی در منابع و هزینه‌ها شود. این ماده که از بسپارهای تجاری در دسترس و ایمن برای محیط زیست ساخته شده است، می‌تواند در مقیاس بزرگ بدون تاثیر زیست محیطی قابل توجهی تولید شود که به ساخت و ساز زیست پایدارتر کمک می‌کند.
چه کاربردهای عملی برای آن می‌بینید؟
هوانگ: ما طیف گسترده ای از برنامه‌های کاربردی را برای این ماده در نظر داریم. در ساخت و ساز ساختمان می‌توان از آن در سقف‌ها و دیوارها برای بهبود نور طبیعی و آسایش حرارتی در ساختمان‌های مسکونی و تجاری استفاده کرد. در گلخانه‌ها، افزایش انتشار نور و نورسنتز می‌تواند رشد و عملکرد گیاه را بهبود ببخشد. در صنعت خودروسازی، می‌توان آن را در شیشه‌ها و سقف خودرو به کار برد تا تابش خیره کننده و گرما را کاهش دهد و راحتی سرنشینان را بهبود بخشد.
چالش‌های ساخت این ماده چه بود و چگونه بر آن‌ها غلبه کردید؟
هوانگ: یکی از چالش‌های اصلی انتخاب مواد بود. ما نیاز به یافتن بسپاری داشتیم که نه تنها ترانما و بادوام، بلکه دارای تابش بالایی در محدوده‌ی میانی فروسرخ باشد. پلی‌دی‌متیل‌سیلوکسان این الزامات را برآورده کرد. روش ساخت نیز یک چالش دیگر بود، زیرا ایجاد ساختارهای ریز هرمی نیاز به فنون photolithography و etching دقیق داشت. ما این فرایندها را برای اطمینان از تولید سازگار و مقیاس پذیر بهینه کردیم. آزمایش‌های گسترده ای برای تایید خواص و عملکرد مواد مورد نیاز بود، بنابراین ما آزمایش در مقیاس آزمایشگاهی و در فضای باز را برای تایید نتایج خود انجام دادیم.
چگونه می‌توان مواد جدید را در پروژه‌های عمرانی و توسعه شهری موجود به کار گرفت؟
هوانگ: این ماده را می‌توان روی ساختارهای شیشه ای موجود به عنوان یک فیلم یا پوشش اعمال کرد تا عملکرد آن‌ها را بهبود دهد. برای ساخت و سازهای جدید، می‌توان آن را به عنوان بخشی از طراحی اولیه برای ساختمان‌های جدید، جایگزین شیشه‌های سنتی در پنجره‌ها، سقف‌ها و دیوارها استفاده کرد. علاوه بر این، ماده‌ی جدید را می‌توان در پانل‌های مدولار تولید کرد که می‌توانند به راحتی در انواع ساختمان‌ها نصب شوند و آن را به یک راه حل همه کاره برای نیازهای مختلف ساخت و ساز تبدیل می‌کند.
بسپارها چه نقشی می‌توانند در ساخت و ساز آینده داشته باشند؟
هوانگ: مواد بسپاری مانند این فراماده می‌توانند با بهبود زیست پایداری نقش مهمی در آینده‌ی ساخت و ساز داشته باشند. خواص کارآمد آن‌ها در زمینه‌ی صرفه جویی در انرژی می‌تواند به ساختمان‌های سبزتر و ردپای کربن کمتر کمک کند. با مدیریت موثرتر نور و گرما، آن‌ها می‌توانند محیط‌های داخلی سالم تر و راحت تری ایجاد کنند. تطبیق پذیری آن‌ها امکان طراحی‌های معماری نوآورانه را فراهم می‌کند که نور طبیعی و جذابیت زیبایی شناختی را در اولویت قرار می‌دهند. علاوه بر این، دوام و نیاز کم به نگهداری در این مواد می‌تواند هزینه‌های بلندمدت را برای مالکان ساختمان کاهش دهد و آن را به انتخابی عملی و مقرون‌به‌صرفه برای پروژه‌های ساختمانی آینده تبدیل کند.
