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Muchas aplicaciones sensibles al peso, como vehículos, electrónica y aeronaves, requieren una pintura de enfriamiento radiante delgada y liviana hecha de materiales nanoporosos. Sin embargo, lograr una alta reflectancia solar en pinturas nanoporosas con capas delgadas es un gran desafío.
![Laca hBN nanoporosa ligera con excelentes propiedades de enfriamiento](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39778_1665415076669281.jpg)
Estudio: Pinturas nanoporosas de nitruro de boro hexagonal ultrablancas, livianas y de película delgada para enfriamiento radiante durante el día. Crédito de la foto: ilmarinfoto/Shutterstock.com
Un estudio reciente publicado en la revista Cell Reports Physical Science aborda este problema mediante la producción de una pintura nanoporosa ultrablanca y liviana utilizando nitruro de boro hexagonal (hBN) para aplicaciones de enfriamiento radiante durante el día.
Refrigeración radiante: descripción general e importancia
Según el Departamento de Energía de EE. UU., la refrigeración de espacios representa el 6 % del consumo de electricidad de un hogar típico porque los sistemas de refrigeración dependen de importantes emisiones de carbono para generar electricidad. Mientras muchos países intentan resolver la crisis climática, es crucial desarrollar tecnologías que puedan ayudar a minimizar las emisiones de carbono en todos los aspectos de la vida diaria.
El enfriamiento radiante es un tipo de enfriamiento pasivo que refleja la luz solar directa, emite calor radiante al espacio a través de una ventana permeable al aire y elimina la necesidad de generar energía para reducir las emisiones de carbono.
Los acondicionadores de aire convencionales eliminan el calor de los hogares hacia el aire circundante, manteniendo el calor en el vecindario y en el planeta. El enfriamiento radiante, por otro lado, transfiere calor directamente al espacio, reduciendo el efecto de isla de calor y enfriando el planeta.
Desafíos relacionados con las tecnologías de enfriamiento radiativo
Las tecnologías de enfriamiento radiante han mejorado significativamente a lo largo de los años. Estudios anteriores han evaluado la eficiencia de enfriamiento radiante de varios colores blancos ampliamente utilizados, y algunos muestran reflectividades superiores al 91 %. Sin embargo, el aumento de la reflexión solar se debió al sustrato metálico más que a la pintura en sí.
Las tecnologías que no se pueden pintar también se han utilizado en ciertas aplicaciones para lograr un enfriamiento radiante. Además de los efectos de enfriamiento radiativo específicos, las películas cerámicas reflectantes sinterizadas hechas de alúmina, hBN y otras nanopartículas se han utilizado para aplicaciones aeroespaciales, logrando una reflectancia espectral del 87,5 %.
Sin embargo, estas técnicas tienen varias desventajas, tales como B. La necesidad de una capa metálica, entramados multicapa sofisticados y un alto espesor de más de 1 milímetro para lograr la reflexión solar requerida. Aunque las películas de enfriamiento radiante contienen componentes poliméricos que son similares a las pinturas, no se pueden pintar, lo que limita su aplicabilidad práctica.
Importancia del color de enfriamiento radiante delgado y ligero
Las pinturas refrescantes, que se pueden aplicar usando métodos estándar de pintura con brocha, rodillo o aerosol, son deseables debido a su simplicidad y su capacidad para aplicarse a superficies no planas. Por lo tanto, ha habido un resurgimiento de las tecnologías de pintura enfriada por radiación en los últimos años.
Aunque los métodos de pintura nanoporosa han demostrado un buen rendimiento y conveniencia, requieren un espesor de 300 micras para lograr una reflectancia solar del 96 % en películas de polímeros nanoporosos básicos y un espesor de 400 micras para lograr la reflectancia solar máxima registrada del 98,1 % en pintura de sulfato de bario. .
En comparación, los espesores normales de pintura comercial son de 120 micrones en automóviles y de 150 a 200 micrones en edificios. Como resultado, las pinturas de enfriamiento radiante óptimas son significativamente más gruesas y pesadas que las pinturas industriales utilizadas actualmente y pueden ser demasiado pesadas para muchas aplicaciones sensibles al peso, como automóviles, textiles, aeronaves y aplicaciones aeroespaciales.
Por lo tanto, existe una necesidad urgente de producir tintas refrigerantes radiantes de alto rendimiento, mucho más finas y ligeras.
Aspectos destacados y desarrollos clave del estudio actual
En este estudio, los investigadores crearon una pintura nanoporosa de hBN delgada y liviana con una fuerte reflectividad solar, espectros de emisión de ventana del cielo y enfriamiento durante todo el día por debajo de la temperatura ambiente. El rendimiento de enfriamiento por radiación de la pintura hBN nanoporosa producida de esta manera se verificó experimentalmente con un espesor de recubrimiento bajo.
La pintura nanoporosa hBN tenía una reflectancia solar del 97,9 % y una emisividad de la ventana del cielo de 0,83 con un espesor de 150 micras. Estos son valores muy competitivos en comparación con pinturas mucho más espesas producidas anteriormente. Además, la pintura hBN nanoporosa mostró protección contra el desgaste, viscosidad y resistencia a la humedad comparables con los puntos de referencia de la industria en una fracción del espesor de la película.
Las pruebas al aire libre con pintura hBN nanoporosa mostraron un enfriamiento de la superficie de 5 a 6 °C por debajo de la temperatura ambiente. Estos resultados se pueden atribuir a la forma de la nanoplaca de hBN y la brecha de banda electrónica relativamente grande del relleno de hBN, que minimiza la absorción UV, lo que da como resultado un índice de refracción más alto y una estructura nanoporosa.
En base a estos resultados, es razonable suponer que la pintura nanoporosa de hBN liviana y ultra blanca desarrollada en este estudio se puede usar en muchas industrias, como tecnologías aeronáuticas, automóviles y telas.
Relación
Felicelli, A. et al. (2022). Pinturas nanoporosas de nitruro de boro hexagonal de capa fina, ligeras y ultrablancas para una refrigeración radiante durante el día. Informes celulares Ciencias físicas. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386422003526?via%3Dihub
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