Estados Unidos. Investigadores de Columbia Engineering han inventado un recubrimiento de polímero de enfriamiento radiante diurno pasivo (PDRC) de alto rendimiento con huecos de aire de nano-a-microescala que actúa como un enfriador de aire espontáneo y se puede fabricar, teñir y aplicar como pintura en tejados y edificios, tanques de agua, vehículos, incluso naves espaciales, cualquier cosa que se pueda pintar.
Utilizaron una técnica de inversión de fase basada en solución que le da al polímero una estructura porosa similar a la espuma. Los huecos de aire en el polímero poroso se dispersan y reflejan la luz solar, debido a la diferencia en el índice de refracción entre los huecos de aire y el polímero circundante. El polímero se vuelve blanco y, por lo tanto, evita el calentamiento solar, mientras que su emisión intrínseca hace que pierda eficientemente el calor hacia el cielo.
El equipo: Yuan Yang, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales; Nanfang Yu, profesor asociado de física aplicada; y Jyotirmoy Mandal, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el grupo de Yang (todo el departamento de física aplicada y matemática aplicada), construido sobre un trabajo anterior que demostró que los plásticos y polímeros simples, incluidos el acrílico, la silicona y el PET, son un excelente radiadores de calor y podría ser utilizado para PDRC.
Los desafíos fueron cómo hacer que estos polímeros normalmente transparentes reflejen la luz solar sin utilizar los espejos plateados como reflectores y cómo hacerlos fácilmente desplegables.
Decidieron usar la inversión de fase porque es un método simple, basado en solución, para hacer vacíos de aire por dispersión de luz en polímeros. Los polímeros y disolventes ya se utilizan en pinturas, y el método de Columbia Engineering esencialmente reemplaza los pigmentos en pintura blanca con espacios de aire que reflejan todas las longitudes de onda de la luz solar, desde los rayos UV hasta los infrarrojos.
"Esta simple pero fundamental modificación produce una reflectancia y una emancipación excepcionales que igualan o superan a las de los diseños modernos de PDRC, pero con una comodidad que es casi como la pintura", dice Mandal.
Los investigadores encontraron que la alta reflectancia solar de su revestimiento de polímero (R> 96%) y la alta emisión térmica (Ɛ ~ 97%) lo mantuvieron significativamente más fresco que su ambiente bajo cielos muy diferentes, por ejemplo, a 6 ° C en el cálido y árido desierto de Arizona y 3 ° C en el ambiente tropical y brumoso de Bangladesh.
"El hecho de que el enfriamiento se logra en climas desérticos y tropicales, sin ningún tipo de protección térmica o protección, demuestra la utilidad de nuestro diseño donde se requiere enfriamiento", señala Yang.
El equipo también creó recubrimientos de polímeros de colores con capacidades de enfriamiento mediante la adición de tintes. "Lograr un equilibrio superior entre el color y el rendimiento de enfriamiento sobre las pinturas actuales es uno de los aspectos más importantes de nuestro trabajo", señala Yu. "Para los revestimientos exteriores, la elección del color suele ser subjetiva, y los fabricantes de pinturas han estado tratando de hacer revestimientos de colores, como los de los techos, durante décadas".
El grupo tomó en consideración los aspectos ambientales y operativos, como la reciclabilidad, la biocompatibilidad y la operabilidad a altas temperaturas, y demostró que su técnica se puede generalizar a una variedad de polímeros para lograr estas funcionalidades.
"Los polímeros son una clase sorprendentemente diversa de materiales, y debido a que esta técnica es genérica, se pueden integrar convenientemente propiedades adicionales deseables en nuestros recubrimientos de PDRC, si se dispone de polímeros adecuados", agrega Mandal.
“La naturaleza ofrece muchas maneras de calentar y enfriar, algunas de las cuales son muy conocidas y ampliamente estudiadas y otras poco conocidas. El enfriamiento radiativo, al usar el cielo como un disipador de calor, pertenece al último grupo, y su potencial ha sido extrañamente ignorado por los científicos de los materiales hasta hace unos años ", dice Claes-Göran Granqvist, profesor de Física de la Universidad de Uppsala, pionero en el campo del enfriamiento radiativo, que no participó en el estudio.
Recubrimientos de polímero poroso para un excelente enfriamiento
“La publicación de Mandal et al. destaca la importancia del enfriamiento por radiación y representa un avance importante al demostrar que los recubrimientos de polímeros porosos jerárquicos, que se pueden preparar de manera económica y conveniente, brindan un excelente enfriamiento incluso a plena luz solar ".
Yang, Yu y Mandal están refinando su diseño en términos de aplicabilidad, mientras exploran posibilidades como el uso de polímeros y solventes completamente biocompatibles. Están en conversaciones con la industria sobre los próximos pasos.
"Ahora es un momento crítico para desarrollar soluciones prometedoras para una humanidad sostenible", señala Yang. “Este año, fuimos testigos de olas de calor y temperaturas récord en América del Norte, Europa, Asia y Australia. "Es esencial que encontremos soluciones para este desafío climático, y estamos muy emocionados de trabajar en esta nueva tecnología que lo aborda".
Yu agrega que solía pensar que el blanco era el color más inalcanzable: “Cuando estudié pintura en acuarela hace años, las pinturas blancas eran las más caras. "Cremnitz blanco o blanco plomo fue la elección de los grandes maestros, incluidos Rembrandt y Lucian Freud".
"Ahora hemos demostrado que el blanco es, de hecho, el color más alcanzable. Se puede hacer usando nada más que huecos de aire de tamaño adecuado incrustados en un medio transparente. Los vacíos de aire son los que hacen que las hormigas blancas como la nieve y la plata del Sahara sean plateadas".
Fuente: Columbia Engineering.
