Stralende mantel houdt objecten warm en koel - Physics World

Onderzoekers in China hebben een thermische mantel ontwikkeld die objecten bij warm weer radiaal kan koelen en warm kan houden als het koud is. Kehang Cui aan de Shanghai Jiao Tong University en collega's zeggen dat hun nieuwe technologie een veelbelovende manier biedt om de temperatuur te regelen zonder de toevoer van energie.

Het verwarmen en koelen van gebouwen is goed voor ongeveer 20% van het wereldwijde energieverbruik. Naarmate klimaatverandering de frequentie en ernst van extreem weer escaleert, zullen temperatuurbeheersingssystemen de komende decennia verder worden opgerekt.

Als gevolg hiervan zijn onderzoekers erop gebrand om goedkope, koolstofneutrale technologieën te creëren die de temperatuur passief kunnen regelen, zonder gebruik te maken van een stroomvoorziening.

Beide kanten op werken

Een belangrijke uitdaging bij het creëren van dergelijke systemen is dat conventionele warmteregulerende materialen hun stralingsgedrag niet automatisch kunnen veranderen. Sommige koelmaterialen reflecteren bijvoorbeeld zonnestraling, terwijl ze mid-infraroodstraling uitzenden in het "transparantievenster". Dit venster maakt deel uit van het elektromagnetische spectrum waar straling niet wordt gereflecteerd of geabsorbeerd door de atmosfeer en deze emissie een verkoelend effect zal hebben. Deze materialen zullen echter ook straling uitzenden bij koude temperaturen, waardoor kostbare warmte wordt afgevoerd.

Nu hebben Cui en collega's een nieuwe "Janus thermische mantel" (JTC) gemaakt, die de temperatuur regelt bij alle omgevingstemperaturen. "De mantel is samengesteld uit een volledig keramische, stralingskoelende fononische metafabric die naar de lucht is gericht, en een fotonrecyclingfolie die naar binnen is gericht", legt Cui uit.

Het team koos deze materialen vanwege hun hoge sterkte en stabiliteit, lage kosten en uitstekende weerstand tegen brand en corrosie. Als gevolg hiervan zeggen ze dat de mantel gemakkelijk te vervaardigen is en bestand is tegen barre buitenomgevingen.

De binnenfolie van de JTC is gemaakt van een aluminiumlegering en heeft een hoge thermische geleidbaarheid, maar is bijna perfect reflecterend voor straling over het gehele infraroodspectrum, waardoor de warmte binnenin wordt vastgehouden. De onderzoekers zeggen dat materialen zoals keramiek, koper en roestvrij staal ook kunnen worden gebruikt, afhankelijk van de beschikbaarheid van materialen.

Hyperbolisch materiaal

De naar de hemel gerichte metafabric van het JTC bestaat uit een steiger die is geweven van gevlochten silicavezels die is gebonden aan een 2D hexagonaal boornitridekristal. Dit creëert een "hyperbolisch" materiaal, waarvan de reactie op invallende elektromagnetische golven afhangt van de hoek van hun nadering.

In tegenstelling tot de folie eronder, heeft de metafabric een extreem lage thermische geleidbaarheid, maar is het zeer reflecterend voor zonnestraling - die het zichtbare en nabij-infrarode bereik dekt. Dit komt door licht-materie-interacties in de metafabric, waardoor mid-infraroodstraling rond de assen van de silicavezels wordt verstrooid. In het doorzichtige venster zendt de metafabric vrijwel alle straling die het absorbeert weer uit, zonder deze door te geven aan de folie.

Dientengevolge zal de warmte in het verhulde object de neiging hebben om vastgehouden te worden, maar straling uit de omgeving zal niet de neiging hebben om het object te verwarmen.

Nieuw elastocalorisch koelsysteem is veelbelovend voor commercieel gebruik

Cui's team testte de JTC op elektrische auto's die geparkeerd stonden in de straten van Shanghai en vergeleek hun cabinetemperaturen met onoverdekte auto's. In het experiment bleven de overdekte auto's op warme zomerdagen zo'n 8°C koeler dan de onbedekte auto's, en 6.8 °C warmer op koude winternachten.

"Dit is de eerste keer dat we tijdens winternachten bijna 7 °C boven de omgevingstemperatuur konden opwarmen", beschrijft Cui. "Dit is ook een beetje verrassend voor ons - er is geen energie-input of zonneschijn en we kunnen nog steeds opwarmen." Deze passieve regeling is vooral belangrijk voor elektrische auto's, omdat hun batterijen en elektrische componenten niet gemakkelijk bestand zijn tegen extreme temperatuurschommelingen.

Voor Cui en collega's zullen de volgende stappen zijn om hun ontwerp op te schalen - mogelijk leidend tot een breed scala aan opwindende praktische toepassingen. "De thermische mantel is betrouwbaar, echt passief en heeft geen betrekking op faseverandering of bewegende delen", vervolgt hij. "Dit maakt het veelbelovend voor gebruik in real-world toepassingen in gebouwen, voertuigen en zelfs buitenaardse omgevingen."

Het onderzoek is beschreven in Apparaat.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. Automotive / EV's, carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• BlockOffsets. Eigendom voor milieucompensatie moderniseren. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/