Des chercheurs chinois inventent des céramiques de refroidissement passif pour maintenir les bâtiments au frais sans utiliser d'électricité

Des chercheurs chinois inventent des céramiques de refroidissement passif pour maintenir les bâtiments au frais sans utiliser d'électricité
Table
  1. Propriétés optiques et applicabilité améliorées.
  2. Excellente résistance aux intempéries.


Les nouvelles céramiques de refroidissement peuvent améliorer l’efficacité énergétique du secteur de la construction et contribuer à lutter contre le réchauffement climatique.

Des chercheurs de la City University de Hong Kong ont annoncé une avancée majeure dans le développement d'un matériau de refroidissement radiatif passif. Les résultats ont été publiés dans la revue Science dans un article intitulé «Céramique de refroidissement radiatif passif structurée hiérarchiquement à haute réflectivité solaire«.

Le matériau, nommé céramique de refroidissementa réussi Propriétés optiques performantes pour la génération de froid sans énergie ni réfrigérant. Sa rentabilité, sa durabilité et sa polyvalence le rendent très approprié pour 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 diverses conditions météorologiques et sous tous les climats, La céramique de refroidissement améliore l'efficacité énergétique et peut lutter contre le réchauffement climatique.

Selon Edwin Tso Chi-yan, professeur agrégé à l'École d'énergie et d'environnement de CityU et l'un des auteurs de l'article, la RPC est considérée comme l'une des technologies de refroidissement écologiques les plus prometteuses pour freiner la demande croissante de refroidissement des locaux, réduire la pollution de l'environnement et lutter contre le réchauffement climatique.

Cependant, les PRC actuels utilisant des structures nanophotoniques sont 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 refroidissement atteint des propriétés optiques avancées et a une forte applicabilité. La couleur, la résistance aux intempéries, la robustesse mécanique et la capacité à supprimer 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 de la céramique de refroidissement.

Edwin Tso Chi-yan

L'extraordinaire particularité de la céramique réfrigérante réside dans sa structure hiérarchiquement poreuse en tant que matériau céramique massif, qui est facilement fabriqué à partir de matériaux inorganiques hautement accessibles, tels que l'alumine, grâce à un processus simple en deux étapes impliquant une inversion de phase et un frittage. Aucun équipement délicat ni matériel coûteux n’est nécessaire, ce qui rend la fabrication évolutive de céramiques de refroidissement très réalisable.

Les propriétés optiques déterminent les performances de refroidissement des matériaux PRC dans deux plages de longueurs d'onde : la plage solaire (0,25-2,5 µm) et la plage infrarouge moyen (8-13 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 seconde plage pour maximiser la dissipation thermique radiative. Grâce à la bande interdite élevée de l'alumine, la céramique de refroidissement réduit l'absorption solaire au minimum.

Et pas seulement cela, en imitant la bioblancheur de Coléoptère Cyphochilus et optimise la structure des pores basée sur la dispersion 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 % (un record pour une réflectivité solaire élevée) et atteint une émission thermique élevée au milieu -infrarouge de 96,5%. Ces propriétés optiques avancées dépassent celles des matériaux de pointe actuels.

La céramique de refroidissement est constituée d'alumine, qui assure la dégradation souhaitée de la résistance aux UV, ce qui constitue une préoccupation typique de la plupart des conceptions PRC à base de polymère. Il présente également une résistance au feu extraordinaire, car il résiste à des températures supérieures à 1 000 °C, ce qui dépasse les capacités de la plupart des matériaux PRC à base de polymères ou de métaux.

Edwin Tso Chi-yan

Excellente résistance aux intempéries.

En plus 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 refroidissement présente une superhydrophilie qui permet une dispersion immédiate des gouttelettes et facilite une imprégnation rapide grâce à sa structure poreuse interconnectée. Cette caractéristique superhydrophile inhibe l'effet Leidenfrost qui empêche l'évaporation, courant dans les matériaux de revêtement de construction traditionnels, et permet un refroidissement par évaporation efficace.

L'effet Leidenfrost est un phénomène qui se produit lorsqu'un liquide entre en contact avec une surface nettement plus chaude que son point d'ébullition.. Au lieu de bouillir immédiatement, le liquide forme une couche de vapeur qui l’isole du contact direct avec la surface. Cette couche de vapeur réduit le taux de transfert de chaleur et rend inefficace le refroidissement du liquide sur la surface chaude, provoquant la lévitation et le glissement du liquide sur la surface.

La beauté du refroidissement en céramique réside dans le fait qu’il répond aux exigences des applications de RCP haute performance et des applications réelles. Notre expérience a montré qu'en appliquant des céramiques de refroidissement sur le toit d'une maison, plus de 20 % de l'électricité peut être obtenue pour le refroidissement des locaux, ce qui confirme le grand potentiel des céramiques de refroidissement pour réduire la dépendance des personnes aux stratégies de refroidissement. refroidissement actif traditionnel et offre une solution durable pour éviter la surcharge du réseau électrique, les émissions de gaz à effet de serre et les îlots de chaleur urbains.

Edwin Tso Chi-yan

Sur la base de ces résultats, le professeur Tso a déclaré que l'équipe de recherche avait l'intention de faire progresser davantage les stratégies de gestion thermique passive. 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, tels que le textile, les systèmes énergétiques et les transports.

Plus d'information: Kaixin Lin et al, Céramique de refroidissement radiative passive structurée hiérarchiquement à haute réflectivité solaire, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adi4725

Via www.cityu.edu.hk

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