Kontaktløs og rumligt struktureret køling ved at dirigere termisk stråling

Alle ved, hvordan det er at være ude en kold og skyfri vinternat, når himlen er spækket med stjerner. I det fri, kulden mærkes alt for skarpt. Men i en skov, under træernes beskyttende dække, det er mindre. Årsagen til denne forskel er termisk stråling, som udsendes af kroppen og, afhængig af omgivelsernes karakter, kan erstattes af en mindre mængde stråling, der kommer fra miljøet. Med en temperatur på -270 grader Celsius, universet er langt koldere end vores egne umiddelbare omgivelser, og udsender derfor næsten ingen termisk stråling. Forskergrupper rundt om i verden er for nylig begyndt at udforske nye metoder til afkøling af bygninger og tøj, selv ved højlys dag, ved at øge varmeudvekslingshastigheden med universet – uden behov for yderligere energiforbrug. Imidlertid, potentielle anvendelser af disse metoder til teknologiske eller eksperimentelle formål - i lille skala - er sjældent blevet undersøgt indtil nu.

Forskere ledet af professor Jochen Feldmann ved LMU's Nano-Institut er nu lykkedes med at generere en kold gradient i en forsøgsprøve ved målrettet og kontaktløs kontrol af fordelingen af ​​termisk stråling. "For at gøre det, vi simulerede effekten af ​​det fjerne univers ved hjælp af en fjern kryostat, " siger Nicola Kerschbaumer, en ph.d. studerende i Feldmanns team og førsteforfatter til undersøgelsen. En kryostat kan opfattes som en slags køleenhed designet til at nå og opretholde ekstremt lave temperaturer. Ved hjælp af en speciel optisk opsætning og et arrangement af elliptiske spejle, holdet var i stand til at indsamle den langbølgede termiske stråling udsendt af prøven (som oprindeligt er ved stuetemperatur), og fokuser det på en plade placeret i midten af ​​kryostaten. På denne måde, de var i stand til at skabe en slags ensrettet gade for den udsendte stråling, hvilket resulterede i effektiv afkøling af prøven. I en indledende ansøgning, denne kontaktløse metode til afkøling viste sig at være særlig effektiv til det, der er kendt som superkøling af væsker.

Forskerne mener, at deres nye kontaktløse metode, som bruger "strålende køling" til at generere en kold gradient i en prøve, vil finde mange applikationer. Ifølge Privatdozent Theobald Lohmüller, Leder af Biophotonics Group i Nano-instituttet og medforfatter af undersøgelsen, kontaktløse termiske manipulationer af biologiske prøver vil være af særlig interesse.

Undersøgelsen er offentliggjort i Videnskabelige rapporter .