Emisión de cuerpo negro y factor de visión. (a) Espectros de radiación de cuerpo negro a temperatura ambiente (curva roja) y a temperatura del nitrógeno líquido (curva azul). La barra de color rojo claro indica el rango de longitud de onda relevante para este trabajo (9–11 µm). (b) Si bien una muestra siempre emitirá energía térmica de manera homogénea dentro del ángulo sólido de una media esfera, la cantidad de radiación incidente caliente y fría determinará la distribución de temperatura en la muestra. Al ajustar el factor de visión de la radiación fría y caliente sobre el ángulo sólido, el perfil de temperatura se puede manipular. La muestra está a una temperatura T S y emite radiación con intensidad I S . Las secciones calientes del entorno de ángulo sólido emiten con intensidad I h y la seccion fria con yo C .
Todo el mundo sabe lo que es estar en una noche de invierno fría y sin nubes cuando los cielos están tachonados de estrellas. En la abertura, el frío se siente con demasiada intensidad. Pero en un bosque bajo la cubierta protectora de los árboles, lo es menos. La razón de esta diferencia es la radiación térmica, que es emitida por el cuerpo y, dependiendo de la naturaleza del entorno, puede ser reemplazado por una menor cantidad de radiación que emana del medio ambiente. Con una temperatura de -270 grados Celsius, el universo es mucho más frío que nuestro propio entorno inmediato, por lo que apenas emite radiación térmica. Grupos de investigación de todo el mundo han comenzado recientemente a explorar métodos novedosos para enfriar edificios y ropa, incluso a plena luz del día, mejorando la tasa de intercambio de calor con el universo, sin la necesidad de un mayor consumo de energía. Sin embargo, Las posibles aplicaciones de estos métodos con fines tecnológicos o experimentales, a pequeña escala, rara vez se han investigado hasta ahora.
Los investigadores dirigidos por el profesor Jochen Feldmann en el Nano-Instituto de LMU ahora han logrado generar un gradiente frío en una muestra experimental mediante el control dirigido y sin contacto de la distribución de la radiación térmica. "Para hacerlo, simulamos el efecto del universo remoto con la ayuda de un criostato distante, "dice Nicola Kerschbaumer, un doctorado estudiante del equipo de Feldmann y primer autor del estudio. Se puede pensar en un criostato como una especie de unidad de enfriamiento diseñada para alcanzar y mantener temperaturas extremadamente bajas. Con la ayuda de una configuración óptica especial y una disposición de espejos elípticos, el equipo pudo recolectar la radiación térmica de onda larga emitida por la muestra (que inicialmente está a temperatura ambiente), y enfóquelo en una placa colocada en el centro del criostato. De este modo, pudieron crear una especie de calle de un solo sentido para la radiación emitida, lo que resultó en el enfriamiento efectivo de la muestra. En una aplicación inicial, Este método de enfriamiento sin contacto demostró ser particularmente efectivo para lo que se conoce como sobreenfriamiento de líquidos.
Los investigadores creen que su nuevo método sin contacto, que utiliza "enfriamiento radiativo" para generar un gradiente frío en una muestra, encontrará muchas aplicaciones. Según Privatdozent Theobald Lohmüller, Líder del Grupo de Biofotónica en el Nano-Instituto y coautor del estudio, Las manipulaciones térmicas sin contacto de muestras biológicas serán de particular interés.
El estudio se publica en Informes científicos .
