Selvsamlede mikrosfærer af silica til afkøling af overflader uden energiforbrug

Forskere fra ICN2 og ICMM-CSIC har udviklet et nyt materiale, der er i stand til at afkøle et andet ved at udsende infrarød stråling. Resultaterne offentliggøres i Lille og forventes at blive brugt i enheder, hvor en stigning i temperaturen har drastiske virkninger på ydeevnen, som solpaneler og edb -systemer, blandt andre applikationer.

Køling er et centralt spørgsmål i nuværende samfund:det være sig i et supermarked eller på din personlige computer, reguleringen af ​​temperaturen er nødvendig for at holde mennesker komfortable eller bare maskiner, der fungerer pålideligt. Køleanlæg tegner sig for 15% af det globale energiforbrug og står for 10% af drivhusgasemissionerne. Man kan sige, at kuren er værre end sygdommen, som drivhusgasser genererer global opvarmning, hvilket kræver endnu mere køling.

En vej ud af denne sløjfe er fundet af forskere fra Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) i samarbejde med forskere fra Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Medlemmer af ICN2 Phononic and Photonic Nanostructures Group, ledet af ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor Torres, og ICMM Photonic Crystals Group har rapporteret et nyt todimensionalt materiale, der er i stand til at fjerne varme, nedkøling af overfladen, hvor den er placeret uden energiforbrug eller gasemissioner af nogen art. Værket er blevet offentliggjort i Lille , med Dr. Juliana Jaramillo-Fernández, som er Marie Slodowska-Curie COFUND postdoktorforsker ved ICN2, som sin første forfatter.

Materialet er inspireret af Jordens effektive temperaturreguleringsmekanisme, navngivet strålende himmelkøling. Selvom Jorden opvarmes af Solen, det udsender også infrarød stråling til det ydre rum, da denne form for stråling ikke fanges af atmosfæren. Sandkornene i ørkener er blandt de største bidragydere til dette fænomen, som holder vores planets gennemsnitstemperatur stabil, så længe vi ikke overvejer menneskelige aktiviteter.

Det foreslåede materiale drager fordel af det samme princip. Forskerne har vist, at det er i stand til at afkøle en siliciumskive under bestråling af direkte sollys med 14 ºC, der henviser til, at et almindeligt sodavandglas bare sænker det med 5 ºC. Materialet er dannet af en selvsamlet række af silica kugler med en diameter på 8 µm, som sandkorn en million gange mindre i volumen. Dette lag opfører sig næsten som en ideel infrarød sender, giver en strålende køleeffekt på op til 350 W/m ² for en varm overflade, såsom et solpanel.

For at sætte dette i kontekst, dette ville fjerne halvdelen af ​​den varme, der akkumuleres i et typisk solpanel på en almindelig klar dag, hvilket er nok til at øge en solcelles relative effektivitet med 8%. I betragtning af den globale solenergiproduktion i 2017, en sådan effektivitetsforøgelse repræsenterer nok energi til at drive byen Paris i løbet af et helt år.

Forskerne har afsløret det strålende himmelafkølingspotentiale for selvsamlede krystaller, viser, at kun et enkelt lag af mikrosfærer er nødvendige for at opnå den bedste køleydelse, hvilket er af stor interesse for fremtidig opskalering og anvendelighed. Dette står i skarp kontrast til nuværende state-of-the-art strålende kølematerialer, da det er seks gange tyndere end de eksisterende glaspolymerfilm, og det undgår brug af plast.

Den potentielle indvirkning af denne slags teknologier er ikke gået ubemærket hen. Dr. Juliana Jaramillo, Dr. Achille Francone og Dr. Nikolaos Kehagias, fra den førnævnte ICN2 -gruppe, har også udviklet et andet materiale, der let kan skaleres og er i stand til at levere både strålende køling og selvrensning. The Collider, et teknologioverførselsprogram, der fremmes af Mobile World Capital Barcelona, ​​der forbinder videnskabelig forskning med iværksætterinitiativ, har tildelt dette projekt The Collider Tech Award 2019, en præmie, der tilskynder til videreudvikling af denne forskningslinje om strålende kølematerialer. Et europæisk patent, der beskytter intellektuelle ejendomsrettigheder til denne teknologi, blev indgivet den 31. juli 2019 af ICN2 og ICREA.

Bortset fra brug på solpaneler, andre tænkelige anvendelser omfatter køling af termoelektriske moduler - enheder, der konverterer temperaturforskelle til elektrisk strøm -, køling af edb -systemer i datacentre eller endda smarte vinduer, der ville opdatere sig selv og deres omgivelser, spare omkostninger til aircondition.