Nova meta-superfície permite resfriamento radiativo adaptável à temperatura

À medida que a crise energética global se intensifica e as mudanças climáticas aceleram, encontrar soluções sustentáveis ​​para o gerenciamento de energia é cada vez mais urgente. Uma abordagem promissora é o resfriamento radiativo passivo, uma tecnologia que permite que objetos resfriem emitindo calor diretamente para o espaço, sem exigir energia adicional.

Materiais de resfriamento radiativo devem exibir alta refletividade solar e desempenho de emissividade. Uma variedade de materiais de resfriamento radiativo foi desenvolvida, mas a maioria deles tem emissividade estática. Isso significa que quando a temperatura ambiente é baixa, os materiais de resfriamento radiativo ainda têm uma forte capacidade de resfriamento, resultando em “superresfriamento”, o que aumenta o consumo de energia do sistema de aquecimento. Por outro lado, materiais de mudança de fase termocrômicos são candidatos ideais para resfriamento radiativo dinâmico. Nenhuma fonte de energia, circuitos ou peças móveis necessárias.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Pequim recentemente fizeram avanços significativos nessa direção. Conforme relatado em Fotônica Avançadaeles desenvolveram um novo tipo de dispositivo de resfriamento radiativo adaptável à temperatura que ajusta dinamicamente suas propriedades de resfriamento com base na temperatura ambiente.

Este avanço baseia-se em trabalhos anteriores com dióxido de vanádio (VO₂), um material conhecido por sua capacidade de alternar entre diferentes estados de radiação térmica. O novo design apresenta uma metassuperfície com uma matriz periódica de VO₂ quadrados, o que melhora o desempenho do dispositivo ao equilibrar alta emissividade térmica com baixa absorção solar.

O novo dispositivo, denominado Temperature-Adaptive Metasurface Radiative Cooling Device (ATMRD), mostra melhorias notáveis ​​em relação aos designs anteriores. Ele tem uma absorção solar de apenas 27,71% — o que é 7,54% menor do que os modelos anteriores — e uma emissividade de 0,85 em altas temperaturas — o que é 13,3% maior. Além disso, sua capacidade de modular a emissividade é 20% melhor do que os dispositivos anteriores, tornando-o mais eficiente no gerenciamento de mudanças de temperatura.

“Ao integrar uma metasuperfície adaptável à temperatura com dióxido de vanádio, melhoramos significativamente a eficiência das tecnologias de resfriamento radiativo. Nosso novo dispositivo não apenas reduz a absorção solar, mas também aumenta a emissividade térmica, abordando o problema crítico do super-resfriamento. Esse avanço é muito promissor para otimizar o uso de energia e avançar soluções de gerenciamento térmico sustentável”, disse o pesquisador líder, Prof. Jingbo Li.

Este trabalho esclarece como os parâmetros geométricos da superestrutura influenciam o desempenho do dispositivo e revela o mecanismo de desempenho de radiação térmica aprimorado por meio de ressonâncias múltiplas excitadas pela superestrutura. A pesquisa relatada oferece referências teóricas e práticas valiosas para projetar e desenvolver VO₂ dispositivos funcionais de superestrutura, com potencial para impactar significativamente os campos de gerenciamento térmico e energia renovável.

Destacando o potencial de materiais avançados e técnicas de design para aprimorar tecnologias de resfriamento radiativo, os insights obtidos podem levar a soluções de gerenciamento térmico mais eficazes, contribuindo para economia de energia e um futuro mais sustentável.