Onderzoekers van de ICN2 en de ICMM-CSIC hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat een ander materiaal kan koelen door infraroodstraling uit te zenden. De resultaten zijn gepubliceerd in Klein en zullen naar verwachting worden gebruikt in apparaten waar een verhoging van de temperatuur drastische effecten heeft op de prestaties, zoals zonnepanelen en computersystemen, onder andere toepassingen.

Koeling is een centraal thema in de huidige samenlevingen:of het nu in een supermarkt is of op uw pc, de regulering van de temperatuur is nodig om de mens comfortabel te houden of alleen machines betrouwbaar te laten werken. Koelsystemen zijn goed voor 15% van het wereldwijde energieverbruik en zijn verantwoordelijk voor 10% van de uitstoot van broeikasgassen. Je zou kunnen zeggen dat het middel erger is dan de kwaal, aangezien broeikasgassen de opwarming van de aarde veroorzaken, dus nog meer koeling nodig.

Een uitweg uit deze lus is gevonden door onderzoekers van het Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) in samenwerking met onderzoekers van het Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Leden van de ICN2 Phononic and Photonic Nanostructures Group, onder leiding van ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor Torres, en de ICMM Photonic Crystals Group hebben een nieuw tweedimensionaal materiaal gerapporteerd dat in staat is om warmte te verwijderen, het afkoelen van het oppervlak waarop het is geplaatst zonder energieverbruik of gasemissies van welke aard dan ook. Het werk is gepubliceerd in Klein , met Dr. Juliana Jaramillo-Fernández, die een Marie Slodowska-Curie COFUND postdoctoraal onderzoeker is aan de ICN2, als de eerste auteur.

Het materiaal is geïnspireerd op het efficiënte temperatuurregulerende mechanisme van de aarde, genaamd stralingskoeling van de lucht. Hoewel de aarde wordt verwarmd door de zon, het zendt ook infraroodstraling uit naar de ruimte, omdat dit soort straling niet door de atmosfeer wordt opgevangen. De zandkorrels in woestijnen behoren tot de belangrijkste oorzaken van dit fenomeen, die de gemiddelde temperatuur van onze planeet stabiel houdt zolang we geen rekening houden met menselijke activiteiten.

Het voorgestelde materiaal maakt gebruik van hetzelfde principe. De onderzoekers hebben aangetoond dat het in staat is om een ​​siliciumwafer onder direct zonlicht met 14 ºC af te koelen, terwijl een gewoon natronkalkglas het slechts 5 ºC verlaagt. Het materiaal wordt gevormd door een zelf-geassembleerde reeks van silicabolletjes met een diameter van 8 µm, als zandkorrels een miljoen keer kleiner in volume. Deze laag gedraagt ​​zich bijna als een ideale infraroodstraler, met een stralingskoelvermogen tot 350 W/m ² voor een heet oppervlak, zoals een zonnepaneel.

Om dit in context te plaatsen, dit zou de helft van de warmte verwijderen die zich op een gewone heldere dag in een typisch zonnepaneel heeft opgehoopt, wat genoeg is om het relatieve rendement van een zonnecel met 8% te verhogen. Gezien de wereldwijde productie van zonne-energie in 2017, een dergelijke efficiëntieverhoging vertegenwoordigt voldoende energie om de stad Parijs een heel jaar van stroom te voorzien.

De onderzoekers hebben het stralingskoelingspotentieel van zelf-geassembleerde kristallen ontrafeld. waaruit blijkt dat slechts een enkele laag microsferen nodig is voor het bereiken van de beste koelprestaties, wat van groot belang is voor toekomstige opschaling en toepasbaarheid. Dit staat in schril contrast met de huidige state-of-the-art materialen voor stralingskoeling, omdat het zes keer dunner is dan de bestaande glas-polymeerfilms en het gebruik van kunststoffen vermijdt.

De potentiële impact van dit soort technologieën is niet onopgemerkt gebleven. Dr. Juliana Jaramillo, Dr. Achille Francone en Dr. Nikolaos Kehagias, van de eerder genoemde ICN2-groep, hebben ook een ander materiaal ontwikkeld dat gemakkelijk opschaalbaar is en in staat is om zowel stralingskoeling als zelfreiniging te bieden. de botser, een programma voor technologieoverdracht, gepromoot door Mobile World Capital Barcelona, ​​dat wetenschappelijk onderzoek verbindt met ondernemersinitiatief, heeft dit project de Collider Tech Award 2019 toegekend, een prijs die de verdere ontwikkeling van deze onderzoekslijn op het gebied van stralingskoelmaterialen stimuleert. Een Europees octrooi ter bescherming van de intellectuele eigendomsrechten van deze technologie werd op 31 juli 2019 ingediend door de ICN2 en ICREA.

Afgezien van gebruik op zonnepanelen, andere denkbare toepassingen zijn onder meer koeling van thermo-elektrische modules — apparaten die temperatuurverschillen omzetten in elektrische stroom —, koeling van computersystemen in datacenters of zelfs slimme ramen die zichzelf en hun omgeving zouden verfrissen, kosten besparen op airconditioning.