Dibujo esquemático del material. Crédito:ICN2
Investigadores del ICN2 y del ICMM-CSIC han desarrollado un nuevo material capaz de enfriar otro emitiendo radiación infrarroja. Los resultados se publican en Pequeña y se espera que se utilicen en dispositivos donde un aumento de temperatura tiene efectos drásticos en el rendimiento, como paneles solares y sistemas informáticos, entre otras aplicaciones.
La refrigeración es un tema central en las sociedades actuales:ya sea en un supermercado o en tu computadora personal, la regulación de la temperatura es necesaria para mantener a los seres humanos cómodos o simplemente a las máquinas funcionando de forma fiable. Los sistemas de refrigeración representan el 15% del consumo energético mundial y son responsables del 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Se podría decir que la cura es peor que la enfermedad, a medida que los gases de efecto invernadero generan el calentamiento global, requiriendo así aún más refrigeración.
Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) en colaboración con investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) han encontrado una salida a este bucle. Miembros del Grupo de Nanoestructuras Fonónicas y Fotónicas ICN2, dirigido por la Prof. ICREA Dra. Clivia M. Sotomayor Torres, y el Grupo de Cristales Fotónicos del ICMM han informado de un nuevo material bidimensional capaz de eliminar el calor, enfriar la superficie en la que se coloca sin consumo energético ni emisión de gases de ningún tipo. El trabajo ha sido publicado en Pequeña , con la Dra. Juliana Jaramillo-Fernández, quien es Investigadora Postdoctoral Marie Slodowska-Curie COFUND en el ICN2, como su primer autor.
El material está inspirado en el eficiente mecanismo de regulación de la temperatura de la Tierra, denominado enfriamiento radiativo del cielo. Aunque la Tierra es calentada por el Sol, también emite radiación infrarroja al espacio exterior, ya que este tipo de radiación no es captada por la atmósfera. Los granos de arena en los desiertos se encuentran entre los principales contribuyentes a este fenómeno, que mantiene estable la temperatura media de nuestro planeta mientras no consideremos las actividades humanas.
Imagen de microscopía electrónica del material. Crédito:ICN2
El material propuesto aprovecha el mismo principio. Los investigadores han demostrado que es capaz de enfriar una oblea de silicio bajo la irradiación directa de la luz solar a 14 ºC. mientras que un vaso de sodocálcico normal lo reduce en 5 ºC. El material está formado por una matriz autoensamblada de esferas de sílice de 8 µm de diámetro, como granos de arena un millón de veces más pequeños en volumen. Esta capa se comporta casi como un emisor de infrarrojos ideal, proporcionando una potencia de refrigeración radiativa de hasta 350 W / m 2 para una superficie caliente, como un panel solar.
Para poner esto en contexto, esto eliminaría la mitad del calor acumulado en un panel solar típico en un día despejado normal, lo cual es suficiente para aumentar la eficiencia relativa de una celda solar en un 8%. Teniendo en cuenta la producción mundial de energía solar en 2017, tal aumento de eficiencia representa energía suficiente para alimentar la ciudad de París durante todo un año.
Los investigadores han desentrañado el potencial de enfriamiento radiativo del cielo de los cristales autoensamblados, mostrando que solo se necesita una capa única de microesferas para lograr el mejor rendimiento de enfriamiento, que es de gran interés para la futura ampliación y aplicabilidad. Esto contrasta fuertemente con los materiales de enfriamiento radiativo de última generación, ya que es seis veces más delgado que las películas de vidrio-polímero existentes y evita el uso de plásticos.
El impacto potencial de este tipo de tecnologías no ha pasado desapercibido. Dra. Juliana Jaramillo, Dr. Achille Francone y Dr. Nikolaos Kehagias, del grupo ICN2 antes mencionado, También han desarrollado otro material que se puede ampliar fácilmente y es capaz de proporcionar refrigeración radiativa y autolimpieza. El colisionador un programa de transferencia de tecnología impulsado por Mobile World Capital Barcelona que conecta la investigación científica con la iniciativa emprendedora, ha premiado este proyecto The Collider Tech Award 2019, un premio que fomenta un mayor desarrollo de esta línea de investigación sobre materiales de enfriamiento radiativo. El 31 de julio de 2019, ICN2 e ICREA presentaron una patente europea que protege los derechos de propiedad intelectual de esta tecnología.
Aparte del uso en paneles solares, otras aplicaciones concebibles incluyen la refrigeración de módulos termoeléctricos —dispositivos que convierten las diferencias de temperatura en corriente eléctrica—, sistemas informáticos de refrigeración en centros de datos o incluso ventanas inteligentes que se refrescan a sí mismos y a su entorno, Ahorro de costes de aire acondicionado.
