Le pellicole "dipinte" di nanocristalli potrebbero un giorno aiutare ad alleviare il caldo estivo

Sep 24, 2023

Le piume di pavone ottengono il loro blu e verde brillante non dai pigmenti colorati, ma da strutture microscopiche che rifrangono e riflettono la luce. Le pellicole sottili di nanocristalli utilizzano una strategia simile per mostrare tonalità vibranti senza riscaldarsi alla luce del sole.

sarayut Thaneerat/Moment/Getty Images Plus

Di Katie Grace Carpenter

5 ore fa

Con l’arrivo del caldo estivo, le case del futuro potrebbero raffreddarsi, grazie ai rivestimenti di nanocristalli dai colori vivaci.

I rivestimenti normali, come la vernice, si riscaldano al sole. I nuovi film di cristallo diventano più freddi dell'aria circostante quando esposti alla luce solare. Lo fanno riflettendo i raggi del sole e rilasciando quel calore nello spazio.

Questi rivestimenti potrebbero fornire un modo sostenibile per mantenere al fresco, senza bisogno di energia, per automobili, case e uffici. Questo sarebbe un grande passo avanti rispetto ai condizionatori d’aria, che consumano molta energia e possono rilasciare gas che contribuiscono al riscaldamento globale.

Qingchen Shen e i suoi colleghi hanno creato una selezione colorata dei nuovi rivestimenti. Shen studia scienza dei materiali all'Università di Cambridge in Inghilterra. Il suo team ha condiviso il proprio lavoro il 26 marzo in occasione della riunione primaverile dell'American Chemical Society (ACS). Ha avuto luogo a Indianapolis, Indiana.

Le superfici che diventano più fredde dell’ambiente circostante sono insolite.

Il motivo: gli oggetti caldi diffondono calore attraverso la luce infrarossa invisibile. Trasferiscono il loro calore all'aria che li circonda. Quando l'oggetto e l'aria raggiungono la stessa temperatura, il trasferimento si interrompe. Quindi il raffreddamento si interrompe.

Questo spiega perché, ad esempio, il cofano di un’auto riscaldata dal sole emette calore che riscalda l’aria all’interno e all’esterno dell’auto.

Ma alcune lunghezze d'onda della luce infrarossa non vengono assorbite dall'aria. Possono sfuggire all'atmosfera nello spazio. I nuovi film rilasciano calore a queste lunghezze d'onda. Quindi possono emettere calore senza riscaldare l’aria circostante e diventare più freddi dell’aria circostante, anche se esposti alla luce del sole.

Questo metodo di raffreddamento ha un nome lungo: raffreddamento radiativo diurno passivo. La squadra di Shen non ha inventato il processo. Anche altri materiali lo fanno. Ma in genere c'è un compromesso: fino ad ora, solo le superfici bianche o specchiate lo facevano. Tali superfici riflettono molta luce, evitando che la luce riscaldi la superficie.

Ora, il team di Shen ha trovato un modo per realizzare superfici colorate a raffreddamento passivo. "Possiamo produrre rosso, verde e blu", afferma Shen. Ma ciò di cui è veramente orgoglioso sono le varie texture. Hanno creato di tutto, dalle scintillanti pellicole iridescenti alle rilassanti venature del legno naturale.

I nuovi film non ottengono il colore dai pigmenti, che conferiscono le tinte alle vernici e ai vestiti. Queste sostanze chimiche funzionano riflettendo solo i colori della luce che vediamo e assorbendo il resto. La luce assorbita riscalda il materiale.

Ecco perché "se indossi una maglietta nera, diventi più caldo che se indossi una maglietta bianca", spiega Silvia Vignolini. È una chimica dell'Università di Cambridge che ha lavorato anche ai nuovi film.

Se quelle pellicole prendessero il colore dai pigmenti, "assorbirebbero parte della luce solare e poi si riscalderebbero", dice Shen. Ciò "contrastererebbe il raffreddamento".

Invece, il colore delle pellicole deriva da strutture microscopiche. Questo è noto come colore strutturale. Piccoli motivi sulle superfici delle pellicole non assorbono la luce. Invece, le onde luminose rimbalzano su di essi in modi particolari, in modo tale che solo determinati colori raggiungono i nostri occhi. Cambiando i modelli microstrutturali cambia il colore che vediamo.

Il colore strutturale è comune in natura. La lucentezza arcobaleno di una bolla di sapone deriva dal colore strutturale. Le piume vibranti di un pavone sono un altro esempio. Così sono i volti luminosi di alcuni babbuini, dice Vignolini. Le loro fresche macchie blu provengono da minuscole perle di una proteina chiamata collagene.

Il colore delle nuove pellicole deriva da minuscoli cristalli di cellulosa. Sono realizzati con fibre vegetali. La cellulosa non è solo abbondante ed ecologica. Emette anche calore sotto forma di lunghezze d'onda infrarosse che possono sfuggire all'atmosfera.

La pellicola ha due strati. Quella superiore è cellulosa cristallizzata, che fornisce il colore. Diversi modelli di cristalli producono colori diversi. Una diversa forma di cellulosa, l’etilcellulosa, costituisce lo strato inferiore. Questo strato è bucherellato e disperde tutta la luce che filtra attraverso lo strato superiore.