I ricercatori dell'ICN2 e dell'ICMM-CSIC hanno sviluppato un nuovo materiale in grado di raffreddarne un altro emettendo radiazioni infrarosse. I risultati sono pubblicati in Piccolo e dovrebbero essere utilizzati in dispositivi in ​​cui un aumento della temperatura ha effetti drastici sulle prestazioni, come pannelli solari e sistemi informatici, tra le altre applicazioni.

La refrigerazione è un tema centrale nelle società attuali:che sia in un supermercato o sul tuo personal computer, la regolazione della temperatura è necessaria per mantenere a proprio agio gli esseri umani o solo le macchine che funzionano in modo affidabile. I sistemi di raffreddamento rappresentano il 15% del consumo energetico globale e sono responsabili del 10% delle emissioni di gas serra. Si potrebbe dire che la cura è peggio della malattia, poiché i gas serra generano il riscaldamento globale, richiedendo così ancora più refrigerazione.

Una via d'uscita da questo ciclo è stata trovata dai ricercatori dell'Istituto catalano di nanoscienze e nanotecnologie (ICN2) in collaborazione con ricercatori dell'Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC). Membri del gruppo ICN2 Phononic and Photonic Nanostructures, guidato da ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor Torres, e l'ICMM Photonic Crystals Group hanno segnalato un nuovo materiale bidimensionale in grado di rimuovere il calore, raffreddando la superficie in cui viene collocato senza consumi energetici o emissioni di gas di alcun genere. Il lavoro è stato pubblicato su Piccolo , con la dott.ssa Juliana Jaramillo-Fernández, che è Marie Slodowska-Curie COFUND Postdoctoral Researcher presso l'ICN2, come suo primo autore.

Il materiale si ispira all'efficiente meccanismo di regolazione della temperatura della Terra, detto raffreddamento radiativo del cielo. Sebbene la Terra sia riscaldata dal Sole, emette anche radiazioni infrarosse nello spazio esterno, poiché questo tipo di radiazione non viene catturata dall'atmosfera. I granelli di sabbia nei deserti sono tra i maggiori contributori a questo fenomeno, che mantiene stabile la temperatura media del nostro pianeta finché non si considerano le attività umane.

Il materiale proposto sfrutta lo stesso principio. I ricercatori hanno dimostrato che è in grado di raffreddare un wafer di silicio sotto l'irradiazione solare diretta di 14 ºC, mentre un normale bicchiere sodocalcico lo abbassa solo di 5 ºC. Il materiale è formato da un array autoassemblato di sfere di silice del diametro di 8 µm, come granelli di sabbia un milione di volte più piccoli di volume. Questo strato si comporta quasi come un emettitore di infrarossi ideale, fornendo una potenza di raffreddamento radiativo fino a 350 W/m ² per una superficie calda, come un pannello solare.

Per contestualizzare questo, questo eliminerebbe metà del calore accumulato in un tipico pannello solare in una normale giornata limpida, che è sufficiente per aumentare l'efficienza relativa di una cella solare dell'8%. Considerando la produzione globale di energia solare nel 2017, un tale aumento di efficienza rappresenta energia sufficiente per alimentare la città di Parigi durante un intero anno.

I ricercatori hanno svelato il potenziale di raffreddamento radiativo del cielo dei cristalli autoassemblati, dimostrando che è necessario solo un singolo strato di microsfere per ottenere le migliori prestazioni di raffreddamento, che è di grande interesse per l'upscaling e l'applicabilità futuri. Questo è in netto contrasto con gli attuali materiali di raffreddamento radiativo all'avanguardia, poiché è sei volte più sottile dei film vetro-polimero esistenti ed evita l'uso di materie plastiche.

Il potenziale impatto di questo tipo di tecnologie non è passato inosservato. Dott.ssa Juliana Jaramillo, Dott. Achille Francone e Dott. Nikolaos Kehagias, dal suddetto gruppo ICN2, hanno anche sviluppato un altro materiale che è facilmente scalabile ed è in grado di fornire sia il raffreddamento radiativo che l'autopulizia. il collisore, un programma di trasferimento tecnologico promosso da Mobile World Capital Barcelona che collega la ricerca scientifica con l'iniziativa imprenditoriale, ha premiato questo progetto The Collider Tech Award 2019, un premio che incoraggia l'ulteriore sviluppo di questa linea di ricerca sui materiali di raffreddamento radiativo. Un brevetto europeo a tutela dei diritti di proprietà intellettuale di questa tecnologia è stato depositato il 31 luglio 2019 da ICN2 e ICREA.

Oltre all'uso su pannelli solari, altre possibili applicazioni includono la refrigerazione di moduli termoelettrici —dispositivi che convertono le differenze di temperatura in corrente elettrica—, raffreddamento dei sistemi informatici nei data center o persino finestre intelligenti che rinfrescano se stessi e l'ambiente circostante, risparmio sui costi di condizionamento.