Dic07062022

Darrera actualitzacióDiv, 01 Jul 2022 11pm

Back Estàs aquí:Inicio Nous materials Projectes Microesferes de sílice autoensamblades per refredar superfícies sense consumir energia

Microesferes de sílice autoensamblades per refredar superfícies sense consumir energia

Investigadors de l’ICN2 i l’ICMM-CSIC han desenvolupat un nou material capaç de refredar-ne un altre mitjançant l’emissió de radiació infraroja. S’espera que els resultats, publicats a Small, s’utilitzin en dispositius on un augment de temperatura té efectes dràstics en el seu rendiment, com panells solars i sistemes informàtics entre d’altres aplicacions.

Aquest material d'esferes de sílice autoacoblades pot reduir en 14 ºC la temperatura d'una oblea de silici exposada al sol, mentre que en el cas del vidre, pot rebaixar la seva temperatura a 5 ºC.La refrigeració és un tema central de les societats actuals. Sigui en un supermercat o en un ordinador personal, la regulació de la temperatura és necessària per mantenir els humans còmodes o les màquines funcionant amb fiabilitat.

Els sistemes de refrigeració són responsables del 15% del consum global d’energia i del 10% de les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Es podria dir que el remei és pitjor que la malaltia, ja que els gasos d’efecte hivernacle generen escalfament global, requerint encara més refrigeració.

Una manera de sortir d’aquest bucle ha estat desenvolupada per investigadors de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i l’Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Membres del Grup ICN2 de Nanoestructures Fonòniques i Fotòniques, liderat per la Prof. ICREA Dra. Clivia M. Sotomayor Torres, en col·laboració amb el Grup ICMM de Cristalls Fotònics, dirigit pel Prof. d’investigació del CSIC Ceferino López Fernández, han descrit un nou material bidimensional capaç d’eliminar calor, refredant la superfície en la qual es col·loca sense cap consum d’energia ni emissions de gasos de cap mena. El treball s’ha publicat a Small, amb la Dra. Juliana Jaramillo-Fernández, investigadora postdoctoral Marie Slodowska-Curie COFUND a l’ICN2, com a primera autora.

El material s’inspira en l’eficient mecanisme de regulació de temperatura de la Terra, anomenat refredament radiatiu. Malgrat la Terra s’escalfa pel Sol, també emet radiació infraroja a l’espai exterior, ja que aquest tipus de radiació no és capturat per l’atmosfera. Els grans de sorra dels deserts es troben entre els principals responsables d’aquest fenomen, que manté estable la temperatura mitjana del nostre planeta sempre i quan no considerem l’acció humana.

El material proposat es basa en el mateix principi. Els investigadors han demostrat que és capaç de refredar en fins a 14ºC una oblea de silici sota la llum directa del Sol, mentre que un vidre comú només en baixa la temperatura 5 ºC. El material està format per una matriu autoensamblada d’esferes de sílice de 8 µm de diàmetre, com grans de sorra un milió de vegades més petits en volum. Aquesta capa es comporta pràcticament com un emissor ideal d’infraroig, proporcionant una potència de refredament radiatiu de fins a 350 W/m2 per a una superfície calenta, com un panell solar.

Per posar-ho en context, això podria eliminar la meitat de la calor acumulada en un panell solar típic en un dia clar, la qual cosa seria suficient per a incrementar l’eficiència relativa d’una cel·la solar en un 8%. Considerant la producció global d’energia solar del 2017, aquest augment d’eficiència representa suficient energia com per alimentar la ciutat de París durant un any sencer.

Els investigadors han revelat el potencial de refredament radiatiu dels cristalls autoensamblats, demostrant que només és necessària una única capa de microesferes per aconseguir el rendiment òptim. Aquest fet és de gran interès per a la seva futura aplicabilitat i producció. El nou material és sis vegades més prim que els materials de refredament radiatiu actuals i evita l’ús de plàstics.

El potencial impacte d’aquest tipus de tecnologies no ha passat desapercebut. L’esmentat grup ICN2 també han desenvolupat un altre material que és fàcilment escalable i és capaç de proporcionar tant refredament radiatiu com autoneteja. The Collider, un programa de transferència tecnològica promogut pel Mobile World Capital Barcelona que connecta la recerca científica amb la iniciativa emprenedora, ha guardonat aquest projecte amb The Collider Tech Award 2019. El premi incentiva el desenvolupament futur d’aquesta línia de recerca en materials de refredament radiatiu. Una patent europea que protegeix els drets de propietat intel·lectual d’aquesta tecnologia va ser registrada el 31 de juliol de 2019 per l’ICN2 i ICREA.

A part de l’ús en panells solars, altres aplicacions possibles inclouen la refrigeració de mòduls termoelèctrics —dispositius que converteixen diferències de temperatura en corrents elèctrics—, refredar sistemes informàtics de centres de processament de dades o fins i tot finestres intel·ligents que es refrescarien a si mateixes i al seu entorn, estalviant despeses en aire condicionat.

 Article de referència:

Juliana Jaramillo‐Fernandez, Guy L. Whitworth, Jose Angel Pariente, Alvaro Blanco, Pedro D. Garcia, Cefe Lopez, Clivia M. Sotomayor‐Torres. A Self‐Assembled 2D Thermofunctional Material for Radiative Cooling. Small, 2019; 1905290. https://doi.org/10.1002/smll.201905290

Noticia via ICN2