Material resfria 16º C sem gastar energia refletindo 104% da luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/07/2024

Amostra do material que, além de refletir, "cria" luz em decorrência de dois fenômenos de fotoluminescência.
[Imagem: Jian-Wen Ma et al. - 10.1126/science.adn5694]

Refrigeração passiva

Se um material capaz de refletir 104% da luz que incide sobre ele lhe parece algo como "criar luz", é porque é isso mesmo.

É o que faz um novo aerogel feito de polímeros de base biológica, desenvolvido por Jian-Wen Ma e colegas da Universidade de Sichuan, na China, e ele faz essa "mágica" graças aos efeitos da fotoluminescência.

O aerogel biodegradável, feito de gelatina e DNA, ultrapassa 100% da refletância solar, a medida da proporção de luz que atinge uma superfície que é refletida nela.

Com essa propriedade inédita, o material produziu um resfriamento radiativo excepcional, tornando-se a alternativa de maior desempenho entre os promissores materiais de refrigeração passiva, que irradiam calor para o espaço sem gastar energia, viabilizando tecnologias de refrigeração sustentáveis, energeticamente eficientes e ambientalmente conscientes, que são cruciais para a adaptação às mudanças climáticas.

Apesar de representarem uma estratégia de gestão térmica sustentável, muitas estratégias de resfriamento passivo dependem de materiais poliméricos que não possuem estabilidade a longo prazo, não são recicláveis ou contêm compostos químicos nocivos. Além disso, os polímeros derivados da petroquímica muitas vezes enfrentam desafios quando usados para resfriamento radiativo óptico diurno devido à sua intrínseca absorção solar.

O novo aerogel supera essas limitações, embora também ao custo de detalhes que ainda precisarão ser aprimorados.

Blocos de construção e estrutura lamelar do aerogel, que tem aplicação direta nas tecnologias de refrigeração sem gasto de eletricidade.
[Imagem: Jian-Wen Ma et al. - 10.1126/science.adn5694]

Refrigeração com biopolímero

Tirando proveito das interações entre as moléculas de DNA e uma gelatina, a equipe sintetizou um aerogel de biomassa fotoluminescente com um grande efeito de resfriamento. A combinação do DNA e da gelatina, montados em uma estrutura de aerogel com camadas ordenadas, criou um material de resfriamento radiativo passivo que atinge uma refletância média de luz visível de 104,0%.

O fenômeno ocorre por meio de comportamentos inesperados de fotoluminescência, mais especificamente de fluorescência e de fosforescência. A fluorescência ocorre devido ao rápido retorno dos elétrons dos átomos ou moléculas do material de volta ao seu estado fundamental, depois de terem sido energizados pela luz que os atingiu. Essa emissão de luz é quase instantânea, levando menos de 10 nanossegundos. Já a fosforescência se caracteriza por uma emissão de luz mais lenta e persistente, que pode durar de segundos a horas depois que a luz de energização cessa. Isso ocorre porque a transição dos elétrons de volta ao estado fundamental é mais lenta, envolvendo estados intermediários de energia.

Com essa refletância "impossível", o aerogel gerou um resfriamento de 16 °C sob alta irradiância solar.

Além disso, os pesquisadores demonstraram que seus aerogéis - que foram fabricados exclusivamente a partir de matéria-prima de biomassa e em grandes volumes - apresentam reparabilidade, reciclabilidade e biodegradabilidade impressionantes.

O material ainda é autocurável, recompondo-se inteiramente por meio de um fenômeno que a equipe chama de "solda com água".
[Imagem: Jian-Wen Ma et al. - 10.1126/science.adn5694]

Nada é perfeito

Apesar do desempenho excepcional de resfriamento radiativo dos aerogéis de gelatina-DNA, sua estabilidade e resistência às intempéries são inferiores em comparação com os resfriadores cerâmicos.

E, como o que se espera deles envolve justamente operar de modo contínuo e duradouro em ambiente aberto, este é um desafio importante a ser vencido.

E melhorar a estabilidade e a resistência às intempéries dos resfriadores radiativos passivos poliméricos baseados em biopolímeros é um desafio nada desprezível, uma vez que esses biomateriais degradam-se rapidamente no ambiente. Ou seja, o que os torna benéficos ao meio ambiente e facilita sua reciclagem, também os torna menos atrativos para uso prático.

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