Des chercheurs développent un matériau de refroidissement de nouvelle génération pour augmenter l’efficacité du refroidissement estival sans électricité
(À gauche) Schéma illustrant l’agencement moléculaire et l’interaction lumière-matière dans le matériau de refroidissement : un cristal photonique basé sur des cristaux liquides en spirale. (À droite) Photographies réelles des matériaux dans une variété de couleurs. La couleur dans tout le domaine est obtenue en contrôlant la quantité d’additifs (c’est-à-dire les dopants chiraux). Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Le Dr Jin Gu, Kang et son équipe du Centre de recherche en nanophotonique de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) ont mis au point un matériau à cristaux liquides coloré refroidissant par rayonnement qui peut refroidir sans alimentation externe tout en émettant simultanément de la couleur. Le travail est publié dans le Journal de génie chimique.
Le refroidissement radiatif est une technologie de refroidissement sans énergie qui libère le rayonnement infrarouge sous forme de chaleur à travers la fenêtre atmosphérique pour réduire les températures. Il attire l’attention en tant que technologie de refroidissement écologique de nouvelle génération qui peut compléter les climatiseurs gourmands en énergie.
Les matériaux de refroidissement radiatif destinés à une utilisation en journée sont colorés en blanc pour réduire l’absorption de la lumière solaire. Cette méthode offre d’excellentes performances de refroidissement, mais présente l’inconvénient de ne pas pouvoir être utilisée dans les bâtiments ou les véhicules qui nécessitent une esthétique particulière, car il est difficile de mettre en œuvre plusieurs couleurs.
C’est pourquoi le développement de matériaux de refroidissement radiatifs colorés qui répondent à la fois aux besoins de refroidissement et d’esthétique a récemment attiré l’attention.
Les matériaux de refroidissement radiatif colorés connus jusqu’à présent utilisent l’absorption de la lumière pour produire de la couleur, ce qui entraîne une faible réduction de température. Les matériaux colorés alternatifs sous forme de cristaux photoniques qui utilisent la réflexion de la lumière ont d’excellentes performances de refroidissement mais sont limités dans la réalisation de couleurs distinctes.
L’équipe a résolu ce problème en fabriquant des cristaux photoniques à cristaux liquides en spirale courbée. Le cristal liquide commercial (LC242) utilisé dans cette étude est non seulement un matériau qui réduit sa température grâce au refroidissement par rayonnement, mais forme également des cristaux photoniques colorés grâce à sa structure périodique lorsqu’il est aligné en spirale à l’aide d’un inducteur.
Les chercheurs ont utilisé un procédé de revêtement par rotation pour plier ces cristaux photoniques colorés, ce qui donne des couleurs vives contrairement aux cristaux photoniques conventionnels, qui ont des couleurs différentes selon l’angle.
-
Les lettres multicolores « KIST » fabriquées à partir du matériau développé ont été photographiées avec une caméra optique et une caméra infrarouge. La température des lettres est inférieure à celle de la zone environnante. (À droite) Mesure de la variation de température à midi entre le matériau de refroidissement coloré et la peinture commerciale. Une température inférieure de 30,8 °C a été obtenue par rapport à la peinture commerciale. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
-
Les cristaux liquides LC 242 et les dopants chiraux dispersés dans un solvant organique sont déposés goutte à goutte sur un substrat, puis appliqués en couche fine et large à l’aide d’un revêtement par centrifugation. Après évaporation du solvant, des cristaux photoniques à cristaux liquides en spirale sont fabriqués par durcissement UV. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
-
La chercheuse postdoctorale Minjeong Kim (à gauche) et le chercheur principal Jin Gu Kang (à droite) montrent le matériau de refroidissement radiatif coloré qu’ils ont créé dans le laboratoire de traitement. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
-
Une équipe de recherche se prépare à mesurer les performances de refroidissement radiatif dans l’espace expérimental extérieur sur le toit du bâtiment de recherche. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
En combinant le matériau à cristaux liquides coloré refroidissant par rayonnement fabriqué avec un film transparent supérieur et un film mince métallique inférieur, l’équipe a pu atteindre une température d’environ 30,8 °C inférieure à celle de la même peinture commerciale colorée et d’environ 3,1 °C inférieure à celle de l’air ambiant en milieu de journée, ont déclaré les chercheurs.
Le matériau pourrait être utilisé pour réduire la consommation de climatisation à l’extérieur des bâtiments et des véhicules où l’esthétique est une considération, ainsi que pour fournir un refroidissement sans électricité pour les articles de loisirs de plein air et les tentes militaires.
« Le matériau à cristaux liquides coloré refroidissant par rayonnement développé dans cette étude peut être rapidement fabriqué grâce à un processus de revêtement par centrifugation simple et peu coûteux », a déclaré le Dr Jin Gu Kang, professeur au KIST.
« Si la commercialisation à grande échelle de cette technologie est un succès, elle sera utilisée à l’avenir pour refroidir un large éventail de domaines tels que l’électronique et la mobilité. »
Plus d’informations :
Sangwok Bae et al., Refroidissement radiatif diurne efficace en couleur avec des cristaux liquides cholestériques à dominante de réflexion diffuse, Journal de génie chimique (2024). DOI : 10.1016/j.cej.2024.149245
Fourni par le Conseil national de recherche sur la science et la technologie
Citation:Les chercheurs développent un matériau de refroidissement de nouvelle génération pour augmenter l’efficacité du refroidissement estival sans électricité (2024, 9 août) récupéré le 9 août 2024 à partir de
Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre d’information uniquement.