Blog

Aug 31, 2023

Notizie su ottica e fotonica

Stewart Wills I ricercatori dell'Università di Shenzhen, in Cina, avrebbero creato una "pellicola di raffreddamento", basata sul modello della farfalla Morpho, in grado di produrre un colore blu uniforme, pur rimanendo

Stewart Wills

Secondo quanto riferito, i ricercatori dell’Università di Shenzhen, in Cina, hanno creato un “film di raffreddamento”, basato sul modello della farfalla Morpho, in grado di produrre un colore blu uniforme, pur ottenendo un raffreddamento radiativo di 2°C al di sotto della temperatura ambiente. [Immagine: Wanlin Wang, Università di Shenzhen]

In mezzo alle crescenti preoccupazioni per il cambiamento climatico, è cresciuto l’interesse per il raffreddamento radiativo: approcci basati sui materiali che consentono il raffreddamento passivo degli oggetti al di sotto della temperatura ambiente, senza sistemi di condizionamento d’aria che consumano energia. Ma un mondo di oggetti raffreddati radiativamente promette di essere piuttosto blando. La maggior parte dei materiali di raffreddamento passivo, non a caso, tendono ad essere di colore bianco, per assorbire il meno possibile lo spettro solare.

Un certo numero di gruppi di ricerca stanno cercando modi per aggirare questa logica e creare materiali che raffreddano le radiazioni e che presentano anche un po’ di colore. In un esempio recente, un team dell’Università di Shenzhen, in Cina, avrebbe creato una pellicola in un blu intenso che, secondo il team, può ridurre la temperatura degli oggetti rivestiti fino a 2°C al di sotto dei livelli ambientali (Optica, doi: 10.1364 /OTTICA.487561).

La pellicola raggiunge questo risultato combinando il cosiddetto colore strutturale con il controllo dell'assorbimento del materiale e del profilo di emissione su un intervallo di lunghezze d'onda. I trucchi includono, soprattutto, l’uso di una superficie specchiante argentata alla base della struttura che impedisce il riscaldamento del sole riflettendo praticamente tutto lo spettro solare. E il modello del team suggerisce che, modificando ulteriormente i materiali, i ricercatori potrebbero ottenere un raffreddamento passivo a più di 10°C al di sotto della temperatura ambiente, senza alcun condizionatore in vista.

Come concepito classicamente, il raffreddamento radiativo sfrutta la trasparenza dell'atmosfera terrestre alle radiazioni a lunghezze d'onda del medio infrarosso (MIR) comprese tra circa 8 e 13 µm. Progettando materiali che emettano preferenzialmente a queste lunghezze d'onda, l'energia termica può in linea di principio essere deviata attraverso l'atmosfera per irradiarsi nel freddo dello spazio esterno, il dissipatore di calore per eccellenza. Ma un sistema funzionante richiede un attento controllo anche delle altre lunghezze d’onda. In particolare, il sistema dovrebbe assorbire il meno possibile la luce visibile e del vicino infrarosso (NIR) proveniente dal sole, per evitare di riscaldare esternamente l'oggetto.

La meccanica del raffreddamento radiativo ha prodotto alcuni materiali innovativi, tra cui, di recente, un mantello termico “Janus” a due strati che, secondo quanto riferito, può mantenere gli oggetti freschi d’estate e caldi d’inverno. Tuttavia, in questo caso e in molti altri, il materiale con raffreddamento radiativo è disponibile solo nel colore bianco base, per ottimizzare la riflessione della radiazione visibile e NIR proveniente dal sole.

Per superare questa immagine monocromatica, il team dell’Università di Shenzhen, guidato da Guo Ping Wang, ha cercato di creare un materiale radiante e rinfrescante con un pizzico di colore strutturale. Tali schemi di colorazione, visti in esempi naturali che vanno dalle piume di pavone ai gusci di scarabeo, ottengono colorazioni brillanti e sature attraverso la diffusione e l’interferenza della luce dovuta a micro e nanostrutture incorporate in scaglie, piume e altre caratteristiche.

Come molti ricercatori che lavorano sul colore strutturale, il team di Shenzhen cita in particolare l’esempio della farfalla blu Morpho. In contrasto con gli esempi di colori strutturali come le piume di pavone, che offrono un gioco di colori diversi e iridescenti al variare dell'angolo di visione, le ali del Morpho brillano di un blu brillante e saturo che è coerente in una gamma di angoli di visione. Il lavoro precedente ha legato queste caratteristiche a una combinazione di una struttura multistrato o reticolare nelle ali dell'insetto, per creare il colore strutturale, e un grado sufficiente di disordine o casualità per eliminare la dipendenza direzionale del colore.

La struttura a tre strati sviluppata dal team di Shenzhen comprende un multistrato superiore per creare il colore strutturale, uno strato intermedio di vetro smerigliato per riflettere diffusamente il colore e ridurre la sua dipendenza dall'angolo, e uno strato riflettente argentato inferiore per eliminare l'assorbimento delle lunghezze d'onda solari e quindi evitare il riscaldamento solare. [Immagine: Wanlin Wang, Università di Shenzhen] [Ingrandisci immagine]