a) Schema del comportamento di un materiale SCO durante i cicli giorno-notte. b) Schema di lavoro di un materiale SCO sotto irraggiamento solare. Quando il clima è caldo e il materiale è nel suo stato HS (bianco), la luce viene riflessa e l'aumento della temperatura della stanza è controllato. Al contrario, a basse temperature, i materiali mostrano lo stato LS (rosa), quindi vengono assorbite più lunghezze d'onda e l'ambiente viene riscaldato. c) Illustrazione della transizione di spin sotto stimoli esterni. Credito:Scienze avanzate (2022). DOI:10.1002/advs.202202253
Alleviare l'effetto isola di calore attraverso meccanismi di regolazione termica negli elementi edilizi può migliorare il comfort termico umano e l'ambiente di vita nelle aree urbane. I sistemi di termoregolazione passiva incorporati in tetti, finestre o pareti, e funzionanti senza bisogno di elettricità, sono una soluzione efficiente dal punto di vista energetico ed ecologicamente sostenibile.
I materiali a cambiamento di fase riducono al minimo le fluttuazioni di temperatura attraverso l'uso del calore latente, ma presentano alcune limitazioni. L'applicazione di queste tecniche ha portato al raffreddamento sia di giorno che di notte. Pertanto, è necessaria la ricerca di nuovi materiali che riducano le fluttuazioni di temperatura in entrambe le direzioni.
I ricercatori guidati dal dott. José Sánchez-Costa e dalla dott.ssa Ana Espinosa dell'IMDEA Nanociencia hanno dimostrato che i materiali molecolari possono essere applicati per scopi di regolazione termica con un nuovo approccio. Nel loro ultimo lavoro, pubblicato su Advanced Science , il gruppo ha testato polimeri di coordinazione a base molecolare incorporati in matrici plastiche contro diversi cicli di riscaldamento-raffreddamento.
Hanno osservato una transizione di fase e un cambiamento di colore concomitanti, dal rosa al bianco, che hanno provocato un effetto di raffreddamento rispetto ad altri materiali termocromici. Le temperature misurate indicavano che il materiale riscaldato era in grado di dissipare il calore in modo più efficiente tramite due effetti:assorbimento di energia che innesca la transizione di fase e riflessione ottica dovuta al cambiamento di colore verso il bianco, riflettendo più energia. Inoltre il materiale raffreddato (rosa) ha prodotto uno smorzamento della diminuzione di temperatura dovuto al desorbimento del calore prodotto nella transizione di fase. Ciò si traduce in una minore fluttuazione della temperatura durante i cicli di riscaldamento e raffreddamento.
Temperatura vs. tempo di esposizione con cicli solari on-off. Credito:Scienze avanzate
I materiali delle molecole di spin-crossover erano notevolmente stabili durante il ciclo; in questo studio sono stati eseguiti fino a 40 cicli, producendo risultati simili. Questi materiali versatili possono essere progettati per proprietà specifiche, come la temperatura di transizione e l'isteresi termica.
In questo studio, i ricercatori dimostrano che il calore generato dal sole è sufficiente per produrre una transizione di rotazione in un materiale di incrocio di rotazione. Questo, a sua volta, porta ad un effetto di raffreddamento dovuto ad un aumento della riflessione della luce risultante dal cambiamento di colore e dall'assorbimento di energia associato alla transizione di rotazione. Pertanto, i materiali molecolari spin-crossover potrebbero essere utilizzati per ridurre le fluttuazioni di temperatura e potrebbero essere potenzialmente implementati negli elementi di controllo della temperatura passivi negli edifici. + Esplora ulteriormente
