Engenheiros de Hong Kong inovaram ao criar uma “cerâmica refrigeradora”, um avanço significativo no resfriamento radiativo passivo, que direciona o calor para o espaço frio sem consumo de energia. Essa cerâmica de resfriamento demonstrou propriedades ópticas de alto desempenho ao refletir calor em frequências transparentes à atmosfera terrestre, permitindo a redução da temperatura sem o uso de refrigerantes ou consumo energético. Essa inovação surge como uma alternativa promissora aos sistemas tradicionais de ar-condicionado.
Para além de uma mera prova de conceito em laboratório, a cerâmica destaca-se pela sua relação custo-benefício, durabilidade e versatilidade, tornando-a praticamente pronta para o mercado. Sua aplicação não se limita à construção civil, sendo adequada para diversas outras utilizações.
O professor Chi Yan Tso, da Universidade Cidade de Hong Kong, enfatiza que a cerâmica de resfriamento oferece não apenas uma economia de mais de 20% na eletricidade utilizada para resfriar ambientes quando aplicada no telhado de uma casa, mas também apresenta um potencial significativo para reduzir a dependência de estratégias tradicionais de resfriamento ativo. Essa inovação fornece uma solução sustentável para mitigar a sobrecarga da rede elétrica, as emissões de gases de efeito estufa e as ilhas de calor urbanas.
[Imagem: City University of Hong Kong]
A fabricação da cerâmica bioinspirada utiliza materiais acessíveis, como alumina, por meio de um processo de duas etapas simples, envolvendo inversão de fase e sinterização. Esse método torna a produção escalonável e economicamente viável.
A cerâmica alcança excelência nas duas propriedades ópticas cruciais para o desempenho de resfriamento em materiais de refrigeração passiva, abrangendo a faixa solar (0,25-2,5 µm) e a faixa do infravermelho médio (8-13 µm). Para uma eficiência de resfriamento passivo, é essencial uma alta reflexividade na faixa solar para minimizar o ganho de calor solar, e uma alta emissividade na faixa do infravermelho médio para maximizar a dissipação do calor radiativo.
A utilização da alumina como matéria-prima central na cerâmica de resfriamento assegura uma absorção solar mínima. O professor Tso destaca que a cerâmica de resfriamento, feita de alumina, proporciona degradação adequada da resistência aos raios UV, abordando uma preocupação comum em projetos de resfriamento passivo radiativo baseados em polímeros. Além disso, a cerâmica exibe resistência ao fogo excepcional, suportando temperaturas superiores a 1.000 °C, superando outras alternativas, como materiais radiativos baseados em polímeros ou metais.
Ao imitar a brancura biológica do escaravelho e otimizar a estrutura porosa com base no fenômeno do espalhamento de Mie, a cerâmica de resfriamento passivo dispersa eficientemente a luz solar em quase todos os comprimentos de onda, alcançando uma reflexividade solar quase ideal de 99,6% e uma elevada emissão térmica no infravermelho médio, atingindo 96,5%. Essas propriedades ópticas superam as dos materiais de última geração.
[Imagem: City University of Hong Kong]
Em temperaturas extremamente elevadas, a cerâmica de resfriamento manifesta super-hidrofilicidade, permitindo a rápida dispersão de gotas devido à sua estrutura porosa interconectada. Essa propriedade super-hidrofílica impede o efeito Leidenfrost, comumente observado em revestimentos de edifícios tradicionais, facilitando um eficiente resfriamento evaporativo.
O efeito Leidenfrost é um fenômeno em que um líquido, ao entrar em contato com uma superfície muito mais quente do que seu ponto de ebulição, forma uma camada de vapor que isola o líquido da superfície, prejudicando o resfriamento eficaz.
O professor Tso enfatizou a versatilidade da cerâmica de resfriamento, destacando sua conformidade com requisitos rigorosos tanto para resfriamento passivo radiativo de alto desempenho quanto para aplicações práticas em ambientes do cotidiano. Além disso, a cerâmica pode ser colorida com uma camada dupla, atendendo também aos requisitos estéticos.
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