کاشی‌های تغییر رنگ دهنده برای جلوگیری از هدر رفتن انرژی

اگر تا‌به‌حال در یک روز آفتابی با پای برهنه به پشت‌بام خانه‌ی خود رفته‌باشید، با سوزش پای خود متوجه این پدیده می‌شوید که سطوح تیره گرما را جذب می‌کنند. این پدیده در زمستان می‌‌تواند برای ما خوب باشد؛ چرا که باعث کاهش هزینه‌ی سوخت می‌گردد. اما در تابستان با گرم‌ترکردن خانه، باعث استفاده‌ی بیش‌از‌حد از سیستم خنک‌کننده گردیده و خوشایند نمی‌باشد.
دلیل این‌که بیشتر مردم تمایل به پشت‌بام‌های به رنگ سفید دارند، این است که از نظر ذخیره‌سازی انرژی، مناسب‌تر می‌باشند. مسئله‌ی هدر رفتن انرژی، مسئله کوچکی نیست که بتوان آن را نادیده گرفت.
دانشجویان دانشگاه MIT ، کاشی‌هایی را ابداع کرده اند که بر مبنای تغییر دما، تغییررنگ می‌دهد؛ یعنی به هنگام گرم‌شدن، سفید شده و بخش اعظم گرمای خورشید را منعکس می‌کنند و موقع سردشدن نیز سیاه شده و گرما را جذب می‌کنند.
تیم Thermeleon (برگرفته از کلمه Chameleon به معنای آفتاب پرست، به دلیل خاصیت تغییررنگ‌پذیری آن)، یکی از شرکت‌کنندگان در رقابت‌های امسال MADMEC (مسابقه ساخت و طراحی مواد مهندسی)، بین دانشجویان MIT بود. امسال که سومین سال برگزاری این مسابقات بود، دانشجویان بایستی در زمینه‌ی بهبود کارایی انرژی در مواد مهندسی کار می‌کردند، که این تیم با کسب مقام نخست، جایزه‌ی ۵٠٠٠ دلاری این مسابقات را از آن خود کرد.
بررسی‌های این تیم نشان داد که ٨٠% نور رسیده به سطوح سفید، منعکس می‌شوند، درحالی‌که در مورد سطوح سیاه، فقط ٣٠% نور رسیده به آن منعکس می‌گردد. این بدین معنی است که رنگ سفید، ٢٠% هزینه‌های خنک‌کردن را برای ما می‌کاهد.
Nick Orf، یکی از اعضای این تیم، در این خصوص می‌گوید 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 آن‌‌ها تغییر می‌کند، این کاشی‌ها را طراحی کنند؛ به‌این‌صورت‌که با کاهش دما، سیال سیاه و با افزایش دما، سیال سفید در سطح رویی قرار می‌گیرد. ازآن‌جاکه طراحی چنین سیستم‌هایی پیچیده بود، دنبال روش‌هایی ساده‌‌تر رفتند.
بنابراین از محلول آبی نوعی پلیمر تجاری که معمولاً در ژل‌های مخصوص مو به کار می‌رود، استفاده شد. نمونه‌ی اولیه‌ی این محلول، در محفظه‌ای بین لایه‌های شیشه و پلاستیک و نمونه‌های بعدی بین لایه‌های پلاستیکی انعطاف‌پذیر با یک لایه‌ی سیاه در پشت محفظه قرار داده شد.
زمانی‌که دما از حدی پایین‌تر باشد (با تغییر فرمولاسیون می توان این دمای حدی را تغییر داد)، پلیمر به صورت محلول باقی‌مانده و سطح سیاه از میان آن رویت می‌شود که نور خورشید را جذب می‌کند. اما هنگامی‌که دما بالا می‌رود، پلیمر متراکم شده و به قطرات کوچکی تبدیل می‌گردد که این قطرات به دلیل کوچک بودن نور را پخش نموده و سطح سفیدی را ایجاد می‌کنند که گرمای خورشید را بازمی‌گرداند.
این تیم هم‌اکنون سعی دارد تا بتواند محلول پلیمری را در محفظه‌های کوچک‌تری با حفظ خاصیت تغییر رنگ‌پذیری‌شان، قرار دهد تا قابلیت پوشش‌دهی هر سطحی به صورت اسپری یا حتی با قلم مو، مثل یک رنگ معمولی، فراهم شود. دراین‌صورت با هزینه‌ی کم‌تری می‌توان این کپسول‌های کوچک را بر روی هر سطحی به کار برد.
Orf و همکارانش سعی دارند که نمونه‌ی تهیه‌شده را در قالب صنعتی درآورند. با توجه به این‌که مواد به کاررفته، موادی ارزان هستند، قیمت تمام‌شده‌ی کاشی‌ها مناسب درمی‌آید. مشکلی که در این‌جا وجود دارد بحث ماندگاری و پایداری این محصول است که اطمینان از آن زمان‌بر است.
Orf در این زمینه می‌گوید، قبل از این‌که 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 مورد بررسی قرار دهیم.