O manto radiativo mantém os objetos quentes e frios – Physics World

Um manto térmico que pode resfriar radiativamente objetos em clima quente e mantê-los aquecidos quando está frio foi desenvolvido por pesquisadores na China. Kehang Cui da Shanghai Jiao Tong University e seus colegas dizem que sua nova tecnologia oferece uma maneira promissora de regular a temperatura sem a entrada de energia.

O aquecimento e arrefecimento dos edifícios representa cerca de 20% do consumo global de energia. À medida que a mudança climática aumenta a frequência e a gravidade do clima extremo, os sistemas de controle de temperatura serão ampliados ainda mais nas próximas décadas.

Como resultado, os pesquisadores estão interessados ​​em criar tecnologias de baixo custo e neutras em carbono que possam regular as temperaturas passivamente, sem consumir uma fonte de alimentação.

Trabalhando nos dois sentidos

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

Agora, Cui e seus colegas criaram uma nova “capa térmica Janus” (JTC), que regula a temperatura em todas as temperaturas ambientes. “O manto é composto de um metatecido fonônico totalmente cerâmico, de resfriamento radiativo voltado para o céu e uma folha de reciclagem de fótons voltada para o interior”, 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, eles dizem que a capa é fácil de fabricar e resistente a ambientes externos adversos.

Feito de uma liga de alumínio, a folha interna do JTC tem uma alta condutividade térmica, mas é quase perfeitamente reflexiva à radiação em todo o espectro infravermelho - retendo o calor no interior. Os pesquisadores dizem que materiais como cerâmica, cobre e aço inoxidável também podem ser usados, dependendo da disponibilidade do material.

material hiperbólico

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

Em contraste com a folha abaixo, o metatecido tem uma condutividade térmica extremamente baixa, mas é altamente reflexivo para a radiação solar – cobrindo a faixa do visível e do infravermelho próximo. Isso se deve às interações luz-matéria dentro do metatecido, que faz com que a radiação infravermelha média se espalhe em torno dos eixos de suas fibras de sílica. Na janela de transparência, o metatecido 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 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 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 sol e ainda podemos nos aquecer”. Essa regulação passiva é especialmente importante para carros elétricos, uma vez que suas baterias e componentes elétricos não podem suportar facilmente variações extremas de temperatura.

Para Cui e seus colegas, os próximos passos serão aprimorar seu design – possivelmente levando a uma gama diversificada de aplicações práticas empolgantes. “O manto térmico é confiável, verdadeiramente passivo e não envolve mudança de fase ou partes móveis”, continua ele. “Isso o torna promissor para uso em aplicações do mundo real em edifícios, veículos e até mesmo ambientes extraterrestres.”

A pesquisa é descrita em dispositivo.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/radiative-cloak-keeps-objects-warm-and-cool/