Material inteligente usa energia solar para aquecimento e para resfriamento

Redação do Site Inovação Tecnológica - 01/11/2021

Esquentar ou esfriar? Basta apertar o interruptor.
[Imagem: Yunfei Rao et al. - 10.1021/acsenergylett.1c01486]

Luz e calor

Uma tecnologia que poderá ser usada em janelas inteligentes permite, com o toque de um botão, alternar entre captar o calor do Sol para aquecer o interior, ou, ao contrário, resfriar o que estiver do lado de dentro.

As janelas de vidro - dos prédios ou dos carros - são ótimas para deixar a luz do Sol passar; o problema é que elas deixam passar o espectro solar inteiro, o que inclui o infravermelho, responsável pelo calor. E, uma vez no interior, o calor não sai facilmente.

A alternativa para isso está nos materiais eletrocrômicos, materiais que mudam de cor quando recebem eletricidade - e a mudança é tão grande que pode levar os materiais, de quase transparentes, a uma opacidade total.

Existem muitas abordagens para criar esse fenômeno, todas envolvendo um material eletricamente responsivo ensanduichado entre duas camadas finas de eletrodos, pelos quais é aplicada a corrente elétrica. O problema é que é muito difícil obter o efeito para a luz infravermelha média, o chamado calor radiativo.

O que Yunfei Rao e colegas da Universidade Duke, nos EUA, fizeram agora, foi criar camadas que podem se tornar transparentes tanto para a luz visível quanto para a radiação térmica - e inverter esse comportamento com a aplicação da eletricidade.

"Demonstramos o primeiro dispositivo eletrocrômico que pode alternar entre aquecimento solar e resfriamento radiativo," resumiu o professor Po-Chun Hsu. "Nosso método de ajuste eletrocrômico não possui partes móveis e é continuamente ajustável."

A demonstração foi feita apenas em pequena escala, e a equipe precisará melhorar a robustez dos materiais.
[Imagem: Yunfei Rao et al. - 10.1021/acsenergylett.1c01486]

Eletrocrômico e plasmônico

Os pesquisadores começaram com uma camada de grafeno, que é muito fina para refletir ou absorver qualquer um dos tipos de luz, servindo como suporte para uma fina grade metálica para conduzir a eletricidade. A camada metálica diminuiu um pouco a transparência do grafeno, mas valeu a pena.

O segundo elemento exigia um material que pudesse ficar entre as duas camadas de eletrodo e alternasse entre absorção de luz e calor ou a passagem deles. Os pesquisadores conseguiram isso aproveitando um fenômeno chamado plasmônica.

Quando partículas de metal em nanoescala são colocadas a apenas nanômetros de distância umas das outras, elas podem capturar comprimentos de onda específicos da luz com base em seu tamanho e no espaçamento entre elas. Mas, neste caso, as nanopartículas foram distribuídas aleatoriamente em aglomerados, levando a interações com uma ampla gama de comprimentos de onda, o que é benéfico para capturar a luz solar de forma eficiente.

Quando a eletricidade é aplicada entre os dois eletrodos, ela faz com que nanopartículas de metal se aglomerem perto do eletrodo superior. Isso não apenas escurece o dispositivo, como também faz com que ele absorva e retenha tanto a luz visível quanto o calor. E, quando o fluxo elétrico é revertido, as nanopartículas se dissolvem de volta no eletrólito líquido transparente. A transição entre os dois estados leva entre um e dois minutos para ser concluída.

Economizar energia do ar-condicionado

Como o conjunto nunca fica transparente para a luz visível, o dispositivo não poderá substituir as janelas nas casas ou escritórios, mas poderá ser usado em outras superfícies de edifícios, ajudando a economizar energia dos sistemas de ar-condicionado.

"Posso imaginar esse tipo de tecnologia formando uma espécie de envelope ou fachada para os edifícios, para aquecê-los e resfriá-los passivamente, reduzindo muito a quantidade de energia que nossos sistemas de ar-condicionado precisam consumir," disse Hsu. "Estou confiante neste trabalho e acho que sua direção futura é muito promissora."

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