Raffreddatore radiativo fai-da-te sviluppato per fungere da

Il design del dispositivo di raffreddamento fai-da-te utilizza nastro Scotch® e foglio di alluminio per ottenere il raffreddamento senza utilizzare elettricità o refrigeranti

SPIE-Società Internazionale di Ottica e Fotonica

immagine: Gli scienziati hanno progettato un frigorifero portatile a zero emissioni di carbonio e a zero energia che utilizza il più comune degli oggetti domestici: il nastro adesivo.vedere di più

Crediti: Jyotirmoy Mandal e Aaswath P. Raman, UCLA.

Il termine “effetto serra” è entrato a far parte del lessico pubblico decenni fa, grazie al dibattito in corso sul cambiamento climatico. Un fenomeno naturale, l'effetto serra descrive il modo in cui il calore proveniente dal sole, sotto forma di radiazione, viene intrappolato dai gas nell'atmosfera terrestre. Ma una grande quantità di radiazioni viene ancora dispersa nello spazio, perché queste lunghezze d’onda sono scarsamente assorbite dai gas atmosferici. Queste lunghezze d'onda costituiscono la radiazione infrarossa a lunghezza d'onda lunga (LWIR).

Lo sfruttamento di questo fenomeno naturale per raffreddare gli oggetti è noto come raffreddamento radiativo passivo. In parole povere, il raffreddamento radiativo passivo consiste nel posizionare un oggetto sotto il cielo per abbassarne la temperatura. Sono stati sviluppati diversi materiali come vernici e polimeri per garantire un migliore raffreddamento radiativo, ma questi sono difficili da fabbricare e hanno prestazioni variabili.

Tuttavia, in un recente studio pubblicato sul Journal of Photonics for Energy (JPE), gli scienziati della Samueli School of Engineering dell'UCLA hanno sviluppato un dispositivo di raffreddamento radiativo fai-da-te (colloquialmente fai da te) realizzato con materiali domestici come nastro adesivo e foglio di alluminio. . Il dispositivo si propone come standard di ricerca. "Il nostro dispositivo non è solo flessibile, robusto, scalabile ed economico, ma è anche creato utilizzando materiali disponibili in commercio. Ciò lo rende attraente come standard conveniente e riproducibile che possiede un'emissività selettiva con cui misurare altri dispositivi e materiali," dice Aaswath P. Raman, un autore corrispondente di questo studio.

Sia l'adesivo che la pellicola plastica utilizzata nel nastro Scotch® hanno legami chimici che possono assorbire e irradiare calore nelle lunghezze d'onda LWIR, il che li rende scelte interessanti per i raffreddatori radiativi passivi. Il gruppo di ricerca ha creato un disegno composto da due strati di nastro su un foglio di alluminio. Hanno quindi effettuato misurazioni ottiche del dispositivo di raffreddamento e hanno scoperto che il progetto aveva un'emissività infrarossa moderatamente selettiva. La "selettività" qui si riferisce alla proporzione di calore perso attraverso la radiazione LWIR all'interno di una finestra atmosferica primaria, rispetto all'irradiazione a tutte le lunghezze d'onda. Hanno anche testato un design alternativo utilizzando argento rivestito con polverizzazione catodica perché assorbe meno radiazione solare rispetto al foglio di alluminio.

Hanno scoperto che, di notte, la struttura in alluminio potrebbe raggiungere un calo di temperatura di 7°C al di sotto della temperatura ambiente. Hanno anche visto che il design in argento rivestito di polverizzazione catodica poteva raggiungere un calo di temperatura di 2-3°C durante il giorno. Infine, hanno testato il primo progetto con uno schermo convettivo in polietilene (uno strato aggiuntivo per ridurre l’assorbimento del calore) e hanno scoperto che potevano ottenere un calo di temperatura fino a 11°C. "Il grande calo di temperatura che abbiamo ottenuto può essere ulteriormente utilizzato per generare elettricità attraverso processi termoelettrici", spiega Jyotirmoy Mandal, l'altro autore corrispondente.

Forse la parte più significativa dello studio è la sua riproducibilità. L'ampia disponibilità e la costanza produttiva del nastro adesivo 3M lo rendono uno standard affidabile per i dispositivi di raffreddamento termici. Anche il foglio di alluminio è facilmente disponibile con proprietà relativamente costanti tra i marchi. Questi fattori contribuiscono all’argomentazione a favore dell’utilizzo del nastro adesivo e del design della lamina come riferimento standard per tutti i futuri progetti di dispositivi di raffreddamento termici. Inoltre, al momento non esistono limiti chiari per classificare la selettività di un emettitore termico. Questo disegno potrebbe servire come tale soglia.

Peter Bermel, redattore associato di JPE, osserva: "Questo lavoro presenta un modo potenzialmente di grande impatto per 'democratizzare' il raffreddamento radiativo per un'ampia gamma di applicazioni a basso costo in contesti di ricerca". Per incoraggiarne l'adozione come standard, il gruppo di ricerca ha reso pubblicamente disponibili online i dati dei loro estesi esperimenti sulle prestazioni ottiche del progetto.