Des chercheurs de la City University of Hong Kong (CityU) ont annoncé la découverte d’un matériau de refroidissement radiatif passif (PRC), destiné à produire des améliorations importantes dans le refroidissement des bâtiments et des villes pour lutter contre le réchauffement climatique, de manière très efficace et qui peut remplacer les équipements de climatisation traditionnels coûteux et polluants. Les résultats de la recherche viennent d’être publiés dans la revue scientifique Science.
Le matériau, connu sous le nom de céramique de refroidissement, offre des propriétés optiques hautes performances pour la génération de refroidissement pas d’électricité ni de liquide de refroidissement. Sa rentabilité, sa durabilité et sa polyvalence le rendent bien adapté à une commercialisation dans de nombreuses applications, notamment dans la construction de bâtiments.
En réduisant la charge thermique des bâtiments et en fournissant des performances de refroidissement stables même dans une grande variété de climats, cette céramique « améliore l’efficacité énergétique et peut lutter contre le réchauffement climatique »ont déclaré les chercheurs dans un communiqué.
Le refroidissement radiatif passif ou PRC est considéré comme l’une des technologies de refroidissement vertes les plus prometteuses pour freiner la demande croissante de climatisation, réduire la pollution de l’environnement et lutter contre le réchauffement climatique, selon le professeur Edwin Tso Chi-yan de CityU, l’un des auteurs correspondants de l’étude. article.
Les scientifiques responsables de la découverte CityU
Bien que des matériaux similaires existaient déjà auparavant, ceux-ci utilisent des structures nanophotoniques, ils sont donc limités par leur coût élevé et leur faible compatibilité avec les utilisations finales existantes, tandis que les alternatives photoniques polymères manquent de résistance aux intempéries et de réflexion solaire efficace.
Propriétés optiques et applicabilité améliorées
« Mais notre céramique de trempe atteint des propriétés optiques avancées et a une forte applicabilité », a noté le professeur Tso. « La couleur, la résistance aux intempéries, la robustesse mécanique et capacité à réduire l’effet Leidenfrost (un phénomène qui empêche le transfert de chaleur et rend inefficace le refroidissement du liquide sur la surface chaude) sont des caractéristiques clés qui garantissent la nature durable et polyvalente des céramiques de refroidissement.
L’extraordinaire particularité de la céramique réfrigérante réside dans sa structure hiérarchiquement poreuse en tant que matériau céramique massif, qui est facilement fabriqué à l’aide de matériaux inorganiques hautement accessibles, tels que l’alumine, grâce à un processus simple en deux étapes qui comprend l’inversion de phase et le frittage. Aucun équipement délicat ni matériel coûteux n’est requis, ce qui rend la fabrication évolutive de céramiques de refroidissement hautement réalisable.
Fragments du matériau céramique CityU
Les propriétés optiques déterminent les performances de refroidissement des matériaux PRC dans deux plages de longueurs d’onde : la plage solaire (0,25 à 2,5 µm) et la plage infrarouge moyenne (8 à 13 µm). Un refroidissement efficace nécessite une réflectivité élevée dans la première plage pour minimiser le gain de chaleur solaire et une émissivité élevée dans la dernière plage pour maximiser la dissipation thermique radiative. En raison de la bande interdite élevée de l’alumine, La céramique refroidissante maintient l’absorption solaire au minimum.
96,5 % de réflectivité solaire
Non seulement cela, mais en imitant la bioblancheur d’une espèce de coléoptère appelée Cyphochilus et en optimisant la structure des pores basée sur la dispersion de Mie, La céramique de refroidissement disperse efficacement presque toute la longueur d’onde de la lumière solaire, ce qui entraîne une réflectivité solaire presque idéale de 99,6 % et atteint une émission thermique élevée dans l’infrarouge moyen de 96,5 %. Ces propriétés optiques avancées dépassent celles des matériaux de nouvelle génération actuels.
Le revêtement naturel d’une espèce de coléoptère CityU a été imité
« Refroidissement en céramique est fabriqué en alumine, qui offre une résistance aux UV, ce qui est une préoccupation typique de la plupart des conceptions PRC à base de polymères. Il présente également une excellente résistance au feu en résistant à des températures supérieures à 1 000 °C, ce qui dépasse les capacités de la plupart des matériaux RPC à base de polymères ou de métaux », a déclaré le professeur Tso.
Excellente résistance aux intempéries
Au-delà de ses performances optiques exceptionnelles, la céramique de refroidissement présente une excellente résistance aux intempéries, une stabilité chimique et une résistance mécanique, ce qui la rend idéale pour les applications extérieures à long terme. À des températures extrêmement élevées, la céramique de trempe présente une superhydrophilie, permettant une dispersion immédiate des gouttelettes et facilite leur imprégnation rapide grâce à leur structure poreuse interconnectée. Cette caractéristique superhydrophile inhibe l’effet Leidenfrost, qui empêche l’évaporation et est typique des matériaux de revêtement de construction traditionnels. Le nouveau matériau permet donc un refroidissement par évaporation efficace.
« La beauté de la céramique de trempe est qu’elle répond aux exigences à la fois du PRC haute performance et des applications dans des environnements réels », a déclaré le professeur Tso, ajoutant que la céramique de trempe Il peut être coloré avec un design double couche, améliorant ainsi son esthétique au goût du consommateur.
Le matériau est également fabriqué dans différentes couleurs CityU
« Notre expérience a révélé que l’application de céramiques rafraîchissantes sur le toit d’une maison peut atteindre plus de 20% d’électricité« , il prétendait.
« Pour le refroidissement des locaux, le grand potentiel du refroidissement céramique est confirmé pour réduire la dépendance aux systèmes de refroidissement actifs traditionnels et fournit une solution durable pour éviter la surcharge du réseau, les émissions de gaz à effet de serre et les îlots de chaleur urbains« , a déclaré le professeur Tso.
Sur la base de ces résultats, Tso a ajouté que son équipe de recherche avait l’intention de faire progresser les systèmes de gestion thermique davantage passifs. Il vise à explorer l’application de ces stratégies pour améliorer l’efficacité énergétique, promouvoir la durabilité et accroître l’accessibilité et l’applicabilité des technologies RPC dans divers secteurs, notamment le textile, les systèmes énergétiques et les transports.
Etude de référence : DOI : 10.1126/science.adi4725
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