آیا نوری که در تاریکی می درخشد روزی شهر ما را روشن خواهد کرد؟ –

در حوالی سال 1603، وینچنزو کاسیارولو، کفاش و آهنگر غیرحرفه ای ایتالیایی، سعی کرد سنگی را که در تپه های پادرنو در نزدیکی بولونیا یافت، گرم و ذوب کند. هیچ طلا، نقره یا سایر فلزات گرانبهایی وجود نداشت که بتوان به آن امیدوار بود. اما پس از سرد شدن سنگ، کاسیارو چیز جالبی را کشف می کند: اگر در معرض نور خورشید قرار بگیرد و آن را به اتاق تاریک ببرد، سنگ روشن می شود.

“سنگ بولونیا” اولین ماده فوتولومینسانس دائمی بود. مواد سبک دیگری نیز در طول زمان کشف شده اند. امروزه از مواد نورپردازی برای دکوراسیون، روشنایی اضطراری، گذرگاه ها و تصویربرداری پزشکی استفاده می شود. روزی شهر ما را روشن می کنند و در عین حال به خنک شدن شهر و کاهش مصرف برق ما کمک می کنند.

مواد نورپردازی جدیدتر می توانند با توزیع نور منحصر به فرد به خنک شدن شهر کمک کنند که تبدیل به گرما می شود. آنها همچنین ممکن است مصرف انرژی را کاهش دهند. زیرا پیاده روهای روشن، تابلوهای روشن خیابان ها یا حتی ساختمان های روشن می توانند جایگزین چراغ های خیابان شوند.

در حال حاضر برخی از شهرهای اروپایی از این دستگاه برای تعریض مسیر دوچرخه سواران استفاده می کنند و برخی محققین در حال بررسی استفاده از رنگ های روشن در جاده ها هستند.

_{مسیر دوچرخه سواری ون گوگ در آیندهوون از نقاشی “شب پرستاره” ون گوگ الهام گرفته شده است. جاده‌ها و خیابان‌هایی شبیه به خیابان‌هایی که در تاریکی روشن می‌شوند، در نهایت می‌توانند انرژی را برای روشنایی و خنک‌کردن شهرها نیز ذخیره کنند.}

پل برادال، محیط زیست بازنشسته در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، می گوید: «این برای محیط زیست بهتر است. اگر این فناوری بهبود یابد، می توانیم انرژی کمتری مصرف کنیم. “ارزش انجام دادن را دارد.”

بولونیا، شکلی از کانی باریت، فیلسوفان طبیعی آن زمان را مجذوب خود کرد. اما هرگز به خصوص مفید نبود. با این حال، در دهه 1990، شیمیدانان نوع جدیدی از مواد سبک پایدار مانند آلومینات استرانسیوم را توسعه دادند که نور خود را برای چندین ساعت پس از قرار گرفتن در معرض نور حفظ می کرد. بیشتر این مواد آبی یا سبز هستند. در حالی که تعداد کمی به رنگ زرد، قرمز یا نارنجی می درخشد.

مواد سبک با توزیع انرژی فوتون ها و توزیع آنها به طول موج، فوتون را به طول موج تبدیل می کند. گاهی اوقات، نور بلافاصله آزاد می شود. مثل لامپ فلورسنت. مواد دیگری که مواد سبک دائمی نامیده می شوند، انرژی را برای مدت زمان طولانی تری ذخیره می کنند و با کندی بیشتری آزاد می کنند.

_{انواع مواد شب تاب: بیش از 250 نوع مواد شب تاب شناسایی شده است. این مواد در شکل بالا بر اساس «الف: مقدار کمی که به عنوان مرکز نور عمل می کند»، «ب: عنصر میزبان» و «ج: ماده ساطع شده رنگ» گروه بندی شده اند.}

یک ماده سبک دائمی که ساعت ها پرانرژی است ممکن است واقعا به ایجاد شهری در معرض سنگفرش ها و ساختمان های روشن کمک کند.

لورا پیسلو، مهندس عمران و همکارش در مقاله سال 2021 خود در بررسی سالانه تحقیقات مواد نوشت: «از آنجایی که 19 درصد از کل انرژی مصرفی جهان مربوط به روشنایی است و در اروپا حدود 1.6 درصد به طور انحصاری برای روشنایی خیابان ها استفاده می شود». پتانسیل صرفه جویی در انرژی بسیار زیاد است.

یکی از مشکلات این روش این است که بیشتر مواد شب تاب یک شبه روشن نمی شوند. پیسلو از دانشگاه پروجا در ایتالیا، که مصالح ساختمانی با کارایی بالا را مطالعه می کند، می گوید که مصالح بهتر می تواند به حل مشکلات کمک کند. در عین حال می توان مصالح موجود را با روشنایی موجود ترکیب کرد تا نور تابلوی راه در شب قطع نشود.

رنگ های روشن نیز می توانند به روشن شدن فضا کمک کنند. آزمایشگاه Pislow رنگ های روشن را در تاریکی ایجاد کرد. در گزارش 2019، آن‌ها شبیه‌سازی کردند که اگر یک جاده عمومی نزدیک ایستگاه قطار را به رنگ خودشان رنگ کنند، چه اتفاقی می‌افتد. دانشمندان دریافته اند که با روشن کردن شب، این نقاشی انرژی مورد نیاز برای روشنایی را تا حدود 27 درصد کاهش می دهد.

پیسلو می گوید بعید است که این رویکرد با نگرانی در مورد آلودگی نوری مضر همراه باشد. مواد روشنایی به جای اضافه شدن به نور، جایگزین نور موجود می شوند. در انتخاب رنگ تجهیزات نورپردازی نیز می توان دقت کرد و از فرکانس های آبی رنگ که برای حیات وحش مضر است خودداری کرد.

مواد سبک وزن نیز می توانند به مقابله با «اثر جزیره گرمایی شهری» کمک کنند. پشت بام ها، جاده ها و پیاده روها انرژی خورشیدی را جذب کرده و آن را به صورت گرما از بین می برند و دمای تابستان را در مناطق شهری به 7.7 درجه سانتی گراد می رساند. دمای بالا سلامتی را به خطر می اندازد و انرژی بیشتری برای خنک کردن ساختمان ها تولید می کند. یکی از راه حل ها استفاده از مواد خنک برای انعکاس نور است، مانند آسفالت سفید روشن. افزودن مواد ساطع کننده نور به آنها ممکن است کارایی را افزایش دهد.

_{آنا لورا پیسلو و همکارانش در دانشگاه پروجا در حال تلاش برای ایجاد یک راهروی کاربردی هستند که در تاریکی می درخشد. آنها در حال آزمایش مواد سبک مختلف و آزمایش نحوه افزودن آنها به مصالح سنگفرش برای عملکرد و دوام بهینه هستند. تصویر بالا نمونه ای از مصالح شب تاب و سنگفرش را نشان می دهد که بر روی آنها از این مصالح استفاده شده است.}

در آزمایشگاه لارنس برکلی، برادال و تیمش یاقوت ها را آزمایش کردند تا پوششی برای خنک نگه داشتن آن ها بسازند. یاقوت های مصنوعی زمانی که در معرض نور خورشید قرار می گیرند اثر درخشانی دارند. بر اساس نتایج آزمایش های اولیه، آنها سطوح رنگدانه یاقوتی را از سطوحی که به روشی مشابه رنگ شده بودند گزارش کردند. اما رنگدانه خاصی ندارد، در نور خورشید خنک تر است.

آزمایشگاه Pislow آن را یک قدم فراتر برده و نور دائمی را به سیمان اضافه کرده است. این مواد انرژی خورشیدی را ذخیره کرده و به آرامی آزاد می کنند. بهترین نمونه آزمایش شده دمای محیط را به 3.3 درجه سانتیگراد در یک روز آفتابی در مقایسه با همان سطح رنگی بدون نور کاهش داد.

Patrick E. Flan، مهندس مکانیک در دانشگاه ایالتی آریزونا، مقاله ای در مورد تأثیر جزایر حرارتی شهری بر بررسی سالانه محیط زیست و منابع نوشت. او می گوید:

شما می توانید سطح را تا حد امکان منعکس کنید. اما آیا می توانید فراتر از آن بروید؟ ایده دیگری که می توانید اجرا کنید استفاده از مواد درخشان پایدار به عنوان راه دیگری برای انتقال انرژی به بیرون است.

250 ماده درخشان شناخته شده وجود دارد که بسیاری از آنها هنوز برای استفاده عملی مورد مطالعه قرار نگرفته اند. پیسلو می گوید که نقاشی های زیبا و سنگ فرش ها می توانند سایه ها و سایه ها را زیباتر کنند. او می گوید:

به طور خلاصه، بهترین و ساده ترین راه این است که آنچه را که داریم بهبود بخشیم. این شامل تغییر مواد است به طوری که نور برای مدت زمان طولانی تر، با شدت بیشتر و در رنگ های مختلف بتابد و اطمینان حاصل شود که آنها عملکرد خود را در یک محیط واقعی حفظ می کنند. در دراز مدت، مواد مهندسی جدید می توانند عملکرد بهتری داشته باشند.

به عنوان مثال، می توان از نقاط کوانتومی (ذرات نیمه هادی کوچکی که می توانند بدرخشند و در تصویربرداری زیستی استفاده شوند) استفاده کرد یا از پروسکایت ها استفاده کرد. پروسکایت ها موادی هستند که در سلول های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند و همچنین برای خواص نورانی آنها مورد مطالعه قرار می گیرند.