Een goedkope passieve koeltechnologie gemaakt van een polymeerfilm zou kunnen worden gebruikt om gebouwen in grootstedelijke gebieden passief te koelen, het vermijden van de noodzaak van elektriciteit.

Moderne airconditioningsystemen verbruiken overdag aanzienlijke hoeveelheden energie om gebouwen te koelen, het genereren van aanzienlijke hoeveelheden broeikasgassen die verantwoordelijk zijn voor klimaatverandering. Bijvoorbeeld, airconditioning is goed voor ongeveer 15 procent van het totale primaire energieverbruik in de Verenigde Staten en kan oplopen tot 70 procent in extreem warme landen zoals Saoedi-Arabië.

Technologieën die stralingskoeling gebruiken om de temperatuur van gebouwen te regelen, zoals vlakke meerlagige fotonische films en hybride metamateriaalfilms, trekken veel aandacht omdat ze geen stroom verbruiken; echter, ze zijn ingewikkeld en kostbaar om te vervaardigen.

De nieuwe technologie is ontwikkeld door samenwerking, inclusief studentenuitwisselingen, tussen Amerikaanse en KAUST-onderzoekers. Onder leiding van Qiaoqiang Gan en afgestudeerde student Lyu Zhou van de State University of New York in Buffalo, Jian-Wei Liang en collega's van Boon Ooi's Photonics Laboratory in KAUST, in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin, hebben een passieve koeltechnologie ontwikkeld die is gemaakt van een polydimethylsiloxaan (PDMS)/aluminium filmstructuur.

"PDMS vertoont een zeer hoge absorptie in het 'atmosferische venster'-bereik van de aarde en een lage absorptie in het zichtbare golflengtebereik van de zon, " legt Jian-Wei uit. "Deze eigenschappen maken het een ideaal materiaal voor passieve stralingskoeling."

Door gebruik te maken van de spectrale overlap tussen dit atmosferische venster, overeenkomend met golflengten tussen 8-13 micron en het bereik van thermische straling die door gebouwen wordt uitgezonden bij typische omgevingstemperaturen, de PDMS/aluminiumfolie kan gebouwen overdag effectief koelen.

Om de film te fabriceren, de onderzoekers gebruikten een bladcoatingproces om eerst het oppervlak van een aluminiumplaat te coaten met een laag PDMS-hars en vervolgens een meetblad om de dikte te regelen, verhitten van de structuur in een oven op ongeveer 60 graden Celsius gedurende twee uur om het proces te voltooien.

"Hoewel het PDMS een lage absorptie heeft in het golflengtebereik van de zon, we ontdekten dat het stralingskoelvermogen aanzienlijk werd beïnvloed door de omgeving wanneer het buiten werd getest, vooral in drukke stedelijke omgevingen, ' zegt Qiaoqiang.

Dit behandelen, het team ontwikkelde een spectraal-selectieve beschutting die de thermische straling naar de lucht leidt en een dagtemperatuurverlaging tot 6,5 graden Celsius in de buitenomgeving bereikte.

De PDMS/aluminiumfolie biedt een goedkope en groenere oplossing voor het koelen van gebouwen in stedelijke omgevingen en kan ook op grote schaal worden vervaardigd, bijdragen aan de mogelijke commercialisering van technologieën voor stralingskoeling.

"We werken nu aan de optische structuur van de film om de stralingskoeling te verbeteren, evenals de toepassing ervan in dampcondensatie en waterkoeling, ' zegt Jian-Wei.