Um avan?o significativo no desenvolvimento de um material de resfriamento radiativo passivo (PRC) foi anunciado por pesquisadores da City University of Hong Kong (CityU). As descobertas foram Publicados no diário Ciência em um artigo intitulado “Ceramica de resfriamento radiativo passivo hierarquicamente estruturada com alta refletividade solar.”

O material, conhecido como ceramica de resfriamento, alcan?ou propriedades ópticas de alto desempenho para gera??o de resfriamento sem energia e sem refrigerante. Sua rela??o custo-benefício, durabilidade e versatilidade o tornam altamente adequado para comercializa??o em inúmeras aplica??es, principalmente na constru??o civil.

Ao reduzir a carga térmica dos edifícios e proporcionar um desempenho de refrigera??o estável, mesmo em diversas condi??es climáticas e em todos os climas, a ceramica de resfriamento aumenta a eficiência energética e pode combater o aquecimento global.

A RPC é considerada uma das tecnologias de refrigera??o verde mais promissoras para conter a crescente demanda por refrigera??o espacial, reduzir a polui??o ambiental e combater o aquecimento global, de acordo com o professor Edwin Tso Chi-yan, professor associado da Escola de Energia e Meio Ambiente (SEE) da CityU, um dos autores correspondentes do artigo.

No entanto, a actual RPC que utiliza estruturas nanofotónicas é limitada pelo seu elevado custo e pela fraca compatibilidade com as utiliza??es finais existentes, enquanto as alternativas fotónicas poliméricas carecem de resistência às intempéries e de reflex?o solar eficaz.

Propriedades ópticas e aplicabilidade aprimoradas

“Mas nossa ceramica de resfriamento atinge propriedades ópticas avan?adas e tem aplicabilidade robusta”, disse o professor Tso. “A cor, a resistência às intempéries, a robustez mecanica e a capacidade de diminuir o efeito Leidenfrost – um fen?meno que impede a transferência de calor e torna ineficaz o resfriamento do líquido na superfície quente – s?o características essenciais que garantem a natureza durável e versátil da ceramica de resfriamento.”

A extraordinária singularidade da ceramica de resfriamento reside na sua estrutura hierarquicamente porosa como um material ceramico a granel, que é facilmente fabricado usando materiais inorganicos altamente acessíveis, como a alumina, através de um processo simples de duas etapas, envolvendo invers?o de fase e sinteriza??o. Nenhum equipamento delicado ou materiais caros s?o necessários, tornando a fabrica??o escalonável de ceramicas de resfriamento altamente viável.

As propriedades ópticas determinam o desempenho de resfriamento dos materiais PRC em duas faixas de comprimento de onda: faixa solar (0,25–2,5 μm) e faixa do infravermelho médio (8–13 μm). O resfriamento eficiente requer alta refletividade na primeira faixa para minimizar o ganho de calor solar e alta emissividade na última faixa para maximizar a dissipa??o de calor radiativo. Devido ao alto bandgap da alumina, a ceramica de resfriamento mantém a absor??o solar ao mínimo.

Além disso, ao imitar a bio-brancura do besouro Cyphochilus e otimizar a estrutura porosa com base na dispers?o de Mie, a ceramica de resfriamento dispersa eficientemente quase todo o comprimento de onda da luz solar, resultando em uma refletividade solar quase ideal de 99,6% (um valor alto registrado refletividade solar) e atinge uma alta emiss?o térmica no infravermelho médio de 96,5%. Essas propriedades ópticas avan?adas superam as dos materiais de última gera??o.

“A ceramica de resfriamento é feita de alumina, o que proporciona a degrada??o desejada da resistência UV, que é uma preocupa??o típica da maioria dos projetos de PRC à base de polímeros. Ela também exibe excelente resistência ao fogo, suportando temperaturas superiores a 1.000°C, o que supera as capacidades da maioria materiais PRC à base de polímero ou à base de metal”, disse o professor Tso.

Excelente resistência às intempéries

Além do seu excepcional desempenho óptico, a ceramica de resfriamento apresenta excelente resistência às intempéries, estabilidade química e resistência mecanica, tornando-a ideal para aplica??es externas de longo prazo.

Em temperaturas extremamente altas, a ceramica de resfriamento apresenta superhidrofilicidade, permitindo o espalhamento imediato das gotas e facilitando a rápida impregna??o das gotas devido à sua estrutura porosa interligada. Esta característica superhidrofílica inibe o efeito Leidenfrost que impede a evapora??o, comumente encontrado em materiais tradicionais de envolvente de edifícios, e permite um resfriamento evaporativo eficiente.

O efeito Leidenfrost é um fen?meno que ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície significativamente mais quente que seu ponto de ebuli??o. Em vez de ferver imediatamente, o líquido forma uma camada de vapor que o isola do contato direto com a superfície. Essa camada de vapor reduz a taxa de transferência de calor e torna ineficaz o resfriamento do líquido na superfície quente, fazendo com que o líquido levite e deslize pela superfície.

“A beleza da ceramica de resfriamento é que ela atende aos requisitos tanto para PRC de alto desempenho quanto para aplica??es em ambientes da vida real”, disse o professor Tso, acrescentando que a ceramica de resfriamento pode ser colorida com um design de camada dupla, atendendo aos requisitos estéticos. também.

“Nossa experiência descobriu que a aplica??o da ceramica de resfriamento no telhado de uma casa pode gerar mais de 20% de eletricidade para resfriamento de ambientes, o que confirma o grande potencial da ceramica de resfriamento na redu??o da dependência das pessoas em estratégias tradicionais de resfriamento ativo e fornece uma solu??o sustentável para evitar a rede elétrica. sobrecarga, emiss?es de gases de efeito estufa e ilhas de calor urbanas”, disse o professor Tso.

Com base nessas descobertas, o professor Tso disse que a equipe de pesquisa pretende avan?ar em novas estratégias de gerenciamento térmico passivo. O seu objectivo é explorar a aplica??o destas estratégias para melhorar a eficiência energética, promover a sustentabilidade e aumentar a acessibilidade e aplicabilidade das tecnologias da RPC em vários sectores, incluindo têxteis, sistemas energéticos e transportes.

O professor Wang Zuankai, professor adjunto do Departamento de Engenharia Mecanica (MNE) da CityU e vice-presidente associado (Pesquisa e Inova??o) da Universidade Politécnica de Hong Kong, é o outro autor correspondente. O primeiro autor, Lin Kaixin, e o segundo autor, Chen Siru, s?o ambos Ph.D. alunos supervisionados pelo Professor Tso na Escola de Energia e Meio Ambiente da CityU.