Belgische onderzoekers ontwikkelden een gevelcoating die warmte weerkaatst en opneemt met als doel gebouwen energiezuiniger te maken. Waar bestaande formuleringen zich vaak richten op ramen en daarom licht doorlaten, is de nieuwe coating bedoeld voor ondoorzichtige oppervlakken. De Leuvense onderzoekers presenteerden hun alternatief in ACS Applied Materials & Interfaces.

Onderzoekers van de KU Leuven ontwierpen een op reflectie gebaseerde thermochrome verf om gebouwen energiezuiniger te maken. De verf is op basis van met wolfraam (W)-gedoteerde vanadiumdioxide (VO₂)-deeltjes en is speciaal bedoeld voor alle dichte, niet-lichtdoorlatende delen van de buitenkant van een gebouw. Materiaalwetenschapper Veerle Vandeginste, corresponderend auteur van het onderzoek, legt uit: ‘Het was ons doel om vanadiumdioxide coatings uit te breiden van enkel op vensters tot op ondoorzichtige oppervlakken.’

Gevelfocus

VO₂ wordt veel onderzocht als energiezuinige gebouwcoating. Niet zonder reden: het materiaal verandert bij stijgende temperatuur van een isolator naar een metaal. Dat betekent dat het meer zonnewarmte doorlaat als het koud is, maar die warmte meer reflecteert als het warm is. Niet als een harde switch, maar als verschuiving in het evenwicht tussen transmissie en reflectie.

‘Klassieke VO₂-toepassingen zijn ontwikkeld voor ramen’, stelt Vandeginste. ‘Praktisch betekent dit dat glas met VO₂-coating regelt hoeveel zonnewarmte door het glas komt. Tegelijkertijd moet lichttransmissie wel hoog blijven zodat er nog daglicht door het venster komt’, verklaart ze. En daar knelt het, want VO₂-coatings blokkeren vaak te veel zichtbaar licht, aldus Vandeginste.

Daarom focusten zij en haar team op VO₂-coatings voor gebouwdelen zónder ramen. Vandeginste legt uit: ‘Voor een gevel hoef je helemaal geen licht door te laten. Daardoor valt er een beperking van VO₂ weg.’

Dat wil niet zeggen dat Vandeginste en haar collega’s er meteen waren. VO₂ kent nog een aantal ándere beperkingen: het oxideert makkelijk (en onomkeerbaar) naar V₂O₅ waardoor het thermochrome gedrag verloren gaat. Ook ligt de overgangstemperatuur waarbij VO₂ meer reflecteert vrij hoog (op ~68 °C), wat betekent dat de coating bij normale buitentemperaturen vooral warmte blijft absorberen, zelfs als het buiten snikheet is.

Hydrofobe werking

Voor die uitdagingen moesten de onderzoekers een oplossing vinden. Ze begonnen met het verlagen van de overgangstemperatuur naar ongeveer 20 à 25 °C. Daarvoor doteerden ze de VO₂-deeltjes door hydrothermische synthese met W. Het effect: ‘Bij koudere temperatuur absorberen de gedoteerde deeltjes relatief meer zonnewarmte, bij hogere temperatuur kaatsen ze relatief meer terug’, aldus Vandeginste.

Als bescherming tegen oxidatie gavende onderzoekers hun gedoteerde VO₂-deeltjes een waterdichte schil van amorf SiO₂. Ze stelden de gevormde kern-schil-deeltjes vijftien dagen bloot aan extreme hitte (90 °C) en luchtvochtigheid (100%) en controleerden met röntgendiffractie (XRD) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) of de kristalstructuur het overleefde.

Voor optimaal functioneren wilde de onderzoekers hun VO₂-coatings nog een aantal nuttige eigenschappen meegeven. Daarvoor verwerkten ze de ingekapselde, gedoteerde VO₂-deeltjes in een matrix van polydimethylsiloxaan (PDMS), hydrofobe silicadeeltjes en epoxyhars. Vandeginste legt uit: ‘Met PDMS en hydrofobe silica zorgen we ervoor dat vuil en water gemakkelijk van de coating afrollen. Epoxy zorgt ervoor dat de coating lang blijft hechten op de ondergrond.’ Dezelfde silicadeeltjes zorgen ook voor microporiën in de coating waardoor waterdamp nog uit de muren kan trekken. Die microporiën kunnen waterdamp doorlaten, terwijl vloeibaar water van buiten afgesloten wordt.

Klein effect

Nadat alle deeltjes in de verf zaten, bevestigden de onderzoekers de superhydrofobiciteit (zelfreinigend vermogen) met contacthoekmetingen, verifieerden ze met pull-off tests de hechting ervan op beton en bepaalden ze de waterdampdoorlatendheid om te checken of de coating wel genoeg ademt.

Met reflectiespectroscopie (over een bereik van 900-2500 nm) maten de onderzoekers óf en hoe stérk de verf schakelt tussen verschillende reflectietoestanden bij temperatuurveranderingen. Wat bleek: de reflectiemodulatie, het gewogen gemiddelde nabij-infrarood reflectie, tussen de koude en warme toestand is maximaal 2,5 tot 3,7%. ‘Het thermochrome effect dat we opgemeten hebben is redelijk klein’, aldus Vandeginste.

Als prestatiemeting brachten Vandeginste en collega’s verschillende verfformules aan op een maquette van beton en maten ze met sensoren de temperatuur op drie specifieke locaties in het model: de buitenmuur, de binnenmuur en in de binnenlucht. In vergelijking met onbehandeld beton brachten de gecoate wanden de binnentemperatuur met zo’n 2 °C omlaag. Maar de onderzoekers moesten wel nog de warmteflux monitoren om zeker te weten dat het thermochrome effect door de coating kwam. Vandeginste: ‘Het effect was niet zo duidelijk in de temperatuurcurves.’

VO₂-effect versterken

‘De grootste uitdaging was vooral het realiseren van alle functies in één coating’, stelt Vandeginste. En de volgende stap? ‘We willen een grotere reflectieverandering tussen de koude en warme toestand, en dus een hogere VO₂-efficiëntie per hoeveelheid deeltjes’, verklaart ze. ‘We experimenteren nu met de coatingarchitectuur om het VO₂-effect te versterken.’

Wat we nog meer kunnen verwachten: ‘Grotere buitenproeven en langere testen om de langetermijnveroudering onder échte weersomstandigheden te evalueren.’

Xinyu Guo, Hans Hallez, and Veerle Vandeginste, Durable VO₂-Based Thermochromic Paint for Energy-Efficient Opaque Building Facades, ACS Applied Materials & Interfaces 2026 18 (19), 28101-28114 DOI: 10.1021/acsami.6c04063