Manto radiativo mantém os objetos quentes e frios

Uma capa térmica que pode resfriar objetos de forma radiativa em climas quentes e mantê-los aquecidos quando está frio foi desenvolvida por pesquisadores na China. Kehang Cui, da Universidade Jiao Tong de Xangai, e colegas dizem que sua nova tecnologia oferece uma maneira promissora de regular a temperatura sem a entrada de energia.

O aquecimento e o arrefecimento dos edifícios representam cerca de 20% do consumo global de energia. À medida que as alterações climáticas aumentam a frequência e a gravidade das condições meteorológicas extremas, os sistemas de controlo da temperatura serão ainda mais alargados nas próximas décadas.

Como resultado, os investigadores estão interessados ​​em criar tecnologias de baixo custo e neutras em carbono que possam regular as temperaturas de forma passiva, sem recorrer a uma fonte de alimentação.

Um desafio importante na criação de tais sistemas é que os materiais reguladores de calor convencionais não podem mudar automaticamente o seu comportamento radiativo. Por exemplo, alguns materiais de resfriamento refletem a radiação solar, enquanto emitem radiação infravermelha média na “janela de transparência”. Esta janela faz parte do espectro eletromagnético onde a radiação não é refletida ou absorvida pela atmosfera e esta emissão terá um efeito de resfriamento. No entanto, estes materiais também emitem radiação em temperaturas frias, descartando calor precioso.

Agora, Cui e colegas criaram uma nova “capa térmica Janus” (JTC), que regula a temperatura em todas as temperaturas ambientes. “A capa é composta por um metafabric fonônico totalmente cerâmico com resfriamento radiativo voltado para o céu e uma folha de reciclagem de fótons voltada para dentro”, explica Cui.

A equipe escolheu esses materiais por sua alta resistência e estabilidade, baixo custo e excelente resistência ao fogo e à corrosão. Como resultado, dizem que a capa é fácil de fabricar e resistente a ambientes externos agressivos.

Feito de uma liga de alumínio, a folha interna do JTC tem uma alta condutividade térmica, mas reflete quase perfeitamente a radiação em todo o espectro infravermelho – retendo o calor em seu interior. Os pesquisadores afirmam que materiais como cerâmica, cobre e aço inoxidável também poderiam ser usados, dependendo da disponibilidade do material.

O metafabric voltado para o céu do JTC compreende uma estrutura tecida de fibras de sílica trançadas que é ligada a um cristal hexagonal de nitreto de boro 2D. Isto cria um material “hiperbólico”, cuja resposta às ondas eletromagnéticas incidentes depende do ângulo de sua abordagem.

Em contraste com a folha abaixo, o metafabric tem uma condutividade térmica extremamente baixa, mas é altamente reflexivo à radiação solar – cobrindo a faixa do visível e do infravermelho próximo. Isto se deve às interações luz-matéria dentro do metafabric, o que faz com que a radiação infravermelha média se espalhe em torno dos eixos de suas fibras de sílica. Na janela de transparência, o metafabric reemite praticamente toda a radiação que absorve, sem transferi-la para a folha.

Como resultado, o calor dentro do objeto camuflado tende a ser retido, mas a radiação do ambiente não tenderá a aquecer o objeto.

Novo sistema de resfriamento elastocalórico mostra-se promissor para uso comercial

A equipe de Cui testou o JTC em carros elétricos estacionados nas ruas de Xangai e comparou a temperatura da cabine com a dos carros descobertos. No experimento, os carros cobertos permaneceram cerca de 8°C mais frios do que os carros descobertos nos dias quentes de verão, e 6,8°C mais quentes nas noites frias de inverno.

“Esta é a primeira vez que conseguimos atingir um aquecimento acima da temperatura ambiente em quase 7 °C durante as noites de inverno”, descreve Cui. “Isso também é surpreendente para nós – não há entrada de energia ou luz solar e ainda podemos aquecer.” Esta regulação passiva é especialmente importante para carros elétricos, uma vez que as suas baterias e componentes elétricos não conseguem suportar facilmente oscilações extremas de temperatura.

Para Cui e colegas, os próximos passos serão melhorar o seu design – possivelmente levando a uma gama diversificada de aplicações práticas interessantes. “A capa térmica é confiável, verdadeiramente passiva e não envolve mudança de fase ou peças móveis”, continua ele. “Isso o torna promissor para uso em aplicações do mundo real em edifícios, veículos e até mesmo em ambientes extraterrestres.”