Pelerina radiativă menține obiectele calde și reci – Physics World

Pelerina radiativă menține obiectele calde și reci – Physics World

Marca temporală: 3 august 2023 3:07

Manta termică pe o mașină
Cald și rece: mantia termică Janus a fost folosită pentru a menține o mașină electrică răcoroasă vara și caldă iarna. (Cu amabilitatea: Huaxu Qiao)

Cercetătorii din China au dezvoltat o mantie termică care poate răci obiectele prin radiație pe vreme caldă și le poate menține cald atunci când este frig. Kehang Cui de la Universitatea Jiao Tong din Shanghai și colegii lor spun că noua lor tehnologie oferă o modalitate promițătoare de reglare a temperaturii fără aportul de energie.

Încălzirea și răcirea clădirilor reprezintă aproximativ 20% din consumul global de energie. Pe măsură ce schimbările climatice cresc frecvența și severitatea vremii extreme, sistemele de control al temperaturii vor fi extinse și mai mult în următoarele decenii.

Drept urmare, cercetătorii sunt dornici să creeze tehnologii cu costuri reduse, neutre din punct de vedere al emisiilor de carbon, care pot regla temperatura pasiv, fără a se folosi de la o sursă de alimentare.

Lucrând în ambele sensuri

O provocare importantă în crearea unor astfel de sisteme este aceea că materialele convenționale de reglare a căldurii nu pot schimba automat comportamentul lor radiativ. De exemplu, unele materiale de răcire reflectă radiația solară, în timp ce emit radiații medii în infraroșu în „fereastra de transparență”. Această fereastră face parte din spectrul electromagnetic în care radiația nu este reflectată sau absorbită de atmosferă și această emisie va avea un efect de răcire. Cu toate acestea, aceste materiale vor emite radiații și la temperaturi scăzute, eliminând căldura prețioasă.

Acum, Cui și colegii au creat o nouă „pelenă termică Janus” (JTC), care reglează temperatura la toate temperaturile ambientale. „Pelerina este compusă dintr-o țesătură fonotică integrală, cu răcire radiativă, orientată spre cer și o folie de reciclare a fotonii orientată spre interior”, explică Cui.

Echipa a ales aceste materiale pentru rezistența și stabilitatea lor ridicată, costul scăzut și rezistența excelentă la foc și coroziune. Drept urmare, ei spun că mantia este ușor de fabricat și rezistentă la mediile în aer liber dure.

Fabricată dintr-un aliaj de aluminiu, folia interioară a JTC are o conductivitate termică ridicată, dar reflectă aproape perfect radiația pe întregul spectru infraroșu - captând căldura în interior. Cercetătorii spun că pot fi folosite și materiale, inclusiv ceramică, cupru și oțel inoxidabil, în funcție de disponibilitatea materialului.

Material hiperbolic

Țesătura JTC orientată spre cer cuprinde un schelă țesut din fibre de siliciu împletite care este lipit de un cristal de nitrură de bor hexagonal 2D. Acest lucru creează un material „hiperbolic”, al cărui răspuns la undele electromagnetice incidente depinde de unghiul de apropiere.

Spre deosebire de folia de dedesubt, metațesatura are o conductivitate termică extrem de scăzută, dar reflectă foarte mult radiația solară - acoperind intervalul vizibil și infraroșu apropiat. Acest lucru se datorează interacțiunilor lumină-materie din interiorul metațesăturii, care determină împrăștierea radiației medii în infraroșu în jurul axelor fibrelor sale de siliciu. În fereastra de transparență, metațesătura reemite practic toată radiația pe care o absoarbe, fără a o transfera pe folie.

Ca rezultat, căldura din interiorul obiectului acoperit tinde să fie reținută, dar radiația din mediu nu va tinde să încălzească obiectul.

Echipa lui Cui a testat JTC pe mașini electrice parcate pe străzile din Shanghai și a comparat temperatura din cabină cu mașinile descoperite. În experiment, mașinile acoperite au rămas cu aproximativ 8°C mai reci decât mașinile descoperite în zilele toride de vară și cu 6.8 °C mai calde în nopțile reci de iarnă.

„Este prima dată când am putea obține o încălzire peste temperatura ambiantă cu aproape 7 °C în timpul nopților de iarnă”, descrie Cui. „Acest lucru este, de asemenea, un fel de surprinzător pentru noi – nu există energie sau soare și încă ne putem încălzi.” Această reglementare pasivă este deosebit de importantă pentru mașinile electrice, deoarece bateriile și componentele electrice ale acestora nu pot rezista cu ușurință la variațiile extreme de temperatură.

Pentru Cui și colegii, următorii pași vor fi să-și extindă designul – poate duce la o gamă diversă de aplicații practice interesante. „Pelerina termică este fiabilă, cu adevărat pasivă și nu implică schimbare de fază sau piese în mișcare”, continuă el. „Acest lucru îl face promițător pentru utilizarea în aplicații din lumea reală în clădiri, vehicule și chiar în medii extraterestre.”

Cercetarea este descrisă în Dispozitiv.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii