I vigili del fuoco entrano negli edifici in fiamme, gli atleti che gareggiano sotto il sole cocente e i lavoratori delle fonderie potrebbero alla fine essere in grado di portare il proprio, unità di raffreddamento leggere con loro, grazie a un array di nanofili che si raffredda, secondo i ricercatori sui materiali della Penn State.

"La maggior parte dei materiali ceramici elettrocalorici contiene piombo, " disse Qing Wang, professore di scienze e ingegneria dei materiali. "Cerchiamo di non usare il piombo. I sistemi di raffreddamento convenzionali utilizzano refrigeranti che possono essere anche problematici per l'ambiente. Il nostro array di nanocavi può raffreddarsi senza questi problemi".

I materiali elettrocalorici sono materiali nanostrutturati che mostrano una variazione di temperatura reversibile sotto un campo elettrico applicato. I materiali elettrocalorici precedentemente disponibili erano cristalli singoli, ceramiche sfuse o film sottili ceramici che potrebbero raffreddare, ma sono limitati perché rigidi, fragili e di scarsa lavorabilità. I polimeri ferroelettrici possono anche raffreddare, ma il campo elettrico necessario per indurre il raffreddamento è al di sopra del limite di sicurezza per l'uomo.

Wang e il suo team hanno cercato di creare un materiale a nanofili che fosse flessibile, fabbricato facilmente e rispettoso dell'ambiente e potrebbe raffreddarsi con un campo elettrico sicuro per l'uso umano. Un tale materiale potrebbe un giorno essere incorporato nell'equipaggiamento antincendio, divise da atletica o altri indumenti indossabili. Riportano i loro risultati in un recente numero di Materiale avanzato .

Il loro array di nanofili di titanato di bario stronzio ferroelettrico allineato verticalmente può raffreddare circa 5,5 gradi Fahrenheit usando 36 volt, un livello di campo elettrico sicuro per l'uomo. Una batteria da 500 grammi delle dimensioni di un iPad potrebbe alimentare il materiale per circa due ore.

I ricercatori coltivano il materiale in due fasi. Primo, nanofili di biossido di titanio sono coltivati ​​su vetro rivestito di ossido di stagno drogato con fluoro. I ricercatori utilizzano un modello in modo che tutti i nanofili crescano perpendicolarmente alla superficie del vetro e alla stessa altezza. Quindi i ricercatori infondono ioni di bario e stronzio nei nanofili di biossido di titanio.

I ricercatori applicano un nanofoglio di argento all'array per fungere da elettrodo.

Possono spostare questa foresta di nanofili dal substrato di vetro a qualsiasi substrato che desiderano, compreso il tessuto dell'abbigliamento, utilizzando un nastro adesivo.

"Questa bassa tensione è sufficiente per un esercizio modesto e il materiale è flessibile, " ha detto Wang. "Ora dobbiamo progettare un sistema che possa raffreddare una persona e rimuovere il calore generato nel raffreddamento dall'area circostante".

Questo sistema di raffreddamento personale a stato solido potrebbe un giorno diventare la norma perché non richiede la rigenerazione di refrigeranti con riduzione dell'ozono e potenziali di riscaldamento globale e potrebbe essere leggero e flessibile.