Resfriamento sem gasto de energia fabricado industrialmente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/10/2023

Conceito e demonstração do filme de resfriamento radiativo, que manda o calor para o espaço usando uma metassuperfície polimérica.
[Imagem: Keng-Te Lin et al. - 10.1186/s43593-023-00053-3]

Mandar o calor para o espaço

Pesquisadores australianos levaram para o ambiente industrial a promissora tecnologia do resfriamento radiativo, ou refrigeração passiva, que manda o calor para o frio do espaço sem gastar energia.

A refrigeração e a dissipação de calor convencionais consomem muita eletricidade. Já a tecnologia de resfriamento radiativo atraiu atenção generalizada devido à sua capacidade única de emitir a radiação térmica para o gelado espaço sideral em comprimentos de onda para os quais a atmosfera terrestre é transparente - isso esfria o objeto sem consumir energia.

Além de ter alta emissividade dentro da janela de transparência atmosférica da Terra, os resfriadores radiativos devem refletir fortemente a irradiação solar para evitar serem aquecidos pelo Sol.

Agora, Keng-Te Lin e colegas da Universidade RMIT conseguiram obter isto em um material tão fino quanto um filme plástico, e um filme fabricado usando a técnica padrão da indústria, conhecida como rolo a rolo. Isso significa que o material pode ser fabricado em grandes quantidades a custos muito baixos.

O filme pode ser facilmente integrado a qualquer objeto, nas mais diversas aplicações, de tanques de água e trajes de proteção individual até capas de carro, obtendo excelente desempenho de refrigeração. O filme apresentou absorção e emissão omnidirecionais, além de oferecer flexibilidade, escalabilidade e boa estabilidade, prometendo viabilizar as aplicações práticas em gerenciamento térmico.

O método de fabricação é padrão da indústria, e o material já foi testado em diversas aplicações.
[Imagem: Keng-Te Lin et al. - 10.1186/s43593-023-00053-3]

Resfriador radiativo híbrido

Os efeitos do resfriamento radiativo foram demonstrados até agora em três modos distintos, classificados com base nos materiais utilizados e nas estratégias de engenharia estrutural: Polímeros, filmes finos multicamadas e metamateriais.

Os filmes poliméricos têm apresentado muitas características interessantes, como baixa absorção solar, emissividade relativamente alta nas janelas de transparência atmosférica, baixo custo e escalabilidade. No entanto, as propriedades intrínsecas de absorção do material nativo - sem engenharia nanoestrutural - são bastante limitados. Embora a incorporação de partículas distribuídas aleatoriamente possa melhorar a controlabilidade espectral, alcançar um espectro controlado com precisão é um desafio ainda por vencer.

Os metamateriais baseados em estruturas periódicas demonstraram excelente capacidade de manipulação espectral para resfriamento radiativo diurno, mas os resfriadores radiativos de metamateriais são baseados em substratos rígidos com grandes espessuras, que não podem ser integrados a objetos com formatos arbitrários. Pior, devido às dificuldades de fabricação das micro/nanoestruturas periódicas, elas estão limitadas a pequenas áreas e, portanto, não são adequadas para aplicações na vida real.

O que a equipe australiana conseguiu foi mesclar as vantagens dessas duas abordagens, criando um resfriador radiativo híbrido.

O novo material alcançou uma capacidade precisa de manipulação do espectro ao ser fabricado com base em um material polimérico fino, mas dotado das estruturas periódicas dos metamateriais - a superfície do polímero é ranhurada de modo preciso, criando o que é conhecido como uma metassuperfície.

Eles batizaram o material de PMRC, sigla em inglês para "filme de resfriamento radiativo de polímero com metassuperfície". Com apenas 50 micrômetros de espessura, ele reflete quase toda a luz solar incidente e emite fortemente radiação térmica nas janelas de transparência atmosférica, resultando em um excelente desempenho de refrigeração durante todo o dia.

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