Los científicos de materiales de UCLA han desarrollado una clase de material óptico que controla cómo se dirige la radiación térmica desde un objeto. Similar a la forma en que las persianas superpuestas dirigen el ángulo de la luz visible que entra a través de una ventana, el avance implica la utilización de una clase especial de materiales que manipula cómo la radiación térmica viaja a través de dichos materiales.

Publicado recientemente en Ciencias , el avance podría utilizarse para mejorar la eficiencia de los sistemas de conversión de energía y permitir tecnologías de detección y detección más eficaces.

"Nuestro objetivo era demostrar que podíamos emitir eficazmente radiación térmica (el calor que emanan todos los objetos en forma de ondas electromagnéticas) en amplias longitudes de onda en la misma dirección, "dijo el líder del estudio Aaswath Raman, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA. "Este avance ofrece nuevas capacidades para una gama de tecnologías que dependen de la capacidad de controlar los flujos de calor en forma de radiación térmica. Esto incluye aplicaciones de imágenes y sensores que dependen de fuentes térmicas o que las detectan". así como aplicaciones energéticas como calefacción solar, recuperación de calor residual y enfriamiento radiativo, donde restringir la direccionalidad del flujo de calor puede mejorar el rendimiento. "

Cada objeto emite calor como luz, un fenómeno conocido como radiación térmica. Los ejemplos familiares incluyen el filamento en una bombilla, bobinas incandescentes en una tostadora e incluso la luz natural del sol. Este fenómeno también se puede detectar en nuestra piel y en objetos comunes, desde la ropa que llevas puesta hasta las paredes que te rodean.

En la tierra, desde objetos a temperatura ambiente hasta objetos moderadamente calientes, gran parte de la radiación térmica emitida reside en la parte infrarroja del espectro.

Previamente, Un desafío fundamental había impedido que los materiales dirigieran su calor en direcciones específicas en un amplio espectro para garantizar que se emitiera una cantidad suficiente de calor. Para resolver el rompecabezas, los investigadores crearon un nuevo marco teórico utilizando materiales nanofotónicos. Por primera vez, el equipo demostró que esta nueva clase de materiales eficaces permite que amplias bandas de radiación térmica se dispersen en ángulos predeterminados.

"Para demostrar este concepto, colocamos en capas varios materiales de óxido, que cada uno manipule la luz infrarroja en diferentes longitudes de onda, y emitió gran parte del calor emitido hacia los mismos ángulos fijos, "dijo el primer autor del estudio, Jin Xu, un estudiante graduado de ingeniería y ciencia de materiales de UCLA. "Adicionalmente, los óxidos que usamos son comunes, por lo que los suministros no serían un problema en la producción del material. "

La clase de materiales que dirige el calor se conoce como materiales "épsilon-near-zero" o ENZ. Los investigadores llaman a su nuevo material un material ENZ degradado. Demostraron dos muestras de material de este tipo que pueden emitir radiación térmica en anchos de banda amplios a bandas estrechas de ángulos, de 60 ° a 75 ° y de 70 ° a 85 ° respectivamente.

Usando una cámara termográfica, los ángulos de radiación se podían ver mirando las obleas de silicio recubiertas con los materiales ENZ de gradiente. Visto desde la mayoría de los ángulos, los discos calientes parecían estar fríos, similar a cómo se ven los metales pulidos como el aluminio bajo una cámara térmica. Sin embargo, cuando se ve en los ángulos específicos diseñados, las firmas de mayor temperatura podrían verse en los discos.