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Le matériau refroidit les bâtiments en envoyant de la chaleur dans l'espace
Un matériau qui réfléchit simultanément la lumière et émet de la chaleur à des fréquences qui la diffusent dans l'atmosphère terrestre pourrait un jour aider à refroidir les bâtiments par temps chaud. Le matériau se refroidit à une température inférieure à celle de l'air ambiant et a été testé sur un toit de l'Université de Stanford par ses inventeurs, qui travaillent actuellement à la mise à l'échelle de la conception.
Le nouveau matériau utilise des astuces d'ingénierie optique pour se comporter de manière contre-intuitive et, à première vue, semble violer les lois de la thermodynamique, déclare un ingénieur électricien de Stanford Ventilateur Shanhui , qui l'a développé.
Habituellement, la façon de laisser refroidir quelque chose est de le mettre dans un endroit froid ; l'objet chaud rayonnera son excès de chaleur dans l'environnement. Le matériau du ventilateur devient plus froid que son environnement en réfléchissant la lumière et en émettant de la chaleur à des fréquences soigneusement réglées. Le matériau émet de la chaleur à des fréquences qui correspondent à la fenêtre thermique de la planète - de huit à 13 micromètres - qui lui permet de traverser l'atmosphère et dans l'espace. Il refroidit efficacement en utilisant l'espace extra-atmosphérique comme dissipateur de chaleur.
Pendant des décennies, les chercheurs ont exploré cet effet, appelé refroidissement radiatif passif, pour essayer de fabriquer des systèmes qui refroidissent les bâtiments plus efficacement en rayonnant de la chaleur la nuit. Et comme Fan, certains ont réussi à fabriquer des matériaux qui dégagent de la chaleur dans la fenêtre thermique. Mais aucun système de refroidissement passif n'a fonctionné auparavant pendant la journée, car tous ces matériaux absorbent également la lumière du soleil. En fait, les matériaux qui émettent très bien de la chaleur ont tendance à être noirs, ce qui signifie qu'ils absorbent beaucoup de lumière solaire.
Fan a trouvé un moyen de fabriquer un matériau qui non seulement rayonne dans la fenêtre thermique, mais réfléchit la lumière comme un miroir. Il a fabriqué le matériau en superposant des films minces de couches alternées de dioxyde de silicium (verre) et d'oxyde d'hafnium déposés sur une tranche de silicium de huit pouces. Le matériau reflète 97 % de la lumière du soleil et libère de la chaleur dans la fenêtre thermique.
Quelque chose qui refroidit plutôt que de chauffer au soleil est contre-intuitif, mais c'est ce que l'appareil est conçu pour faire, dit Fan.
Pour démontrer les propriétés étranges de ce matériau en couches, les chercheurs de Stanford l'ont comparé au silicium peint en noir - un bon radiateur thermique - et à l'aluminium - un bon réflecteur. La conception du refroidisseur passif est décrite aujourd'hui dans la revue La nature .
Ces gars-là ont repoussé les limites avec une ingénierie optique intelligente, dit Geoff Smith , physicien appliqué à l'Université de technologie de Sydney, Australie. Smith et d'autres ont démontré des matériaux et des systèmes pour le refroidissement passif des bâtiments la nuit. Mais les systèmes précédents ne pouvaient pas également refléter la lumière du soleil, ils ne se refroidissaient donc pas pendant la journée.
Fan dit que couvrir un toit entier avec le matériau devrait éliminer le besoin de climatisation. Le groupe prévoit de tirer parti de la technologie de fabrication utilisée pour fabriquer des fenêtres à revêtement, et il pourrait être possible de fabriquer le matériau, qui n'a qu'environ deux micromètres d'épaisseur, sur des films plastiques légers pour une installation plus facile. Mais la prochaine étape est modeste : ils passeront de la démo de huit pouces à une tuile d'un mètre carré du matériau.