Nitruro de boro: o material de refrixeración radiativa perfecto

Ademais de empregarse para preparar materiais termocondutores, o nitruro de boro tamén é un material ideal para o arrefriamento por radiación.

Que é un material de refrixeración radiativa?

Un material de refrixeración radiativa é un novo tipo de material capaz de conseguir arrefriamento irradiando calor pasivamente ao espazo exterior. Non require entrada eléctrica e depende totalmente das propiedades físicas inherentes do material.

Os seus principios básicos baséanse en dous procesos físicos fundamentais:

1. Alta reflectividade solar: reflicte a maior cantidade posible de luz solar (principalmente no rango de lonxitudes de onda de 0,3 a 2,5 µm) para reducir a absorción da calor solar.

2. Alta emisividade infravermella na xanela atmosférica: Dentro da "xanela atmosférica" ​​(8–13 µm), onde a atmosfera terrestre é moi transparente a bandas infravermellas específicas, o material presenta unha forte capacidade de radiación térmica, emitindo directamente calor en forma de raios infravermellos ao espazo exterior frío (aproximadamente 3K).

En poucas palabras, este material funciona como unha "canle de disipación de calor unidireccional": impide a entrada de calor solar mentres "verte" a propia calor do obxecto no universo.

O nitruro de boro hexagonal (h-BN) posúe as características perfectas para o arrefriamento por radiación.

Propiedades reflectantes do núcleo:

• Alta reflectancia solar: o h-BN presenta unha reflectividade moi alta no rango de lonxitudes de onda do visible ao infravermello próximo. Isto dálle un aspecto branco brillante, que está determinado pola súa ampla banda prohibida e pola súa estrutura electrónica específica.

• Alta emisividade infravermella: No rango do infravermello medio, particularmente dentro da xanela atmosférica de 8–13 µm, o h-BN é un forte absorbente. Segundo a lei da radiación térmica de Kirchhoff, tamén presenta unha alta emisividade nesta banda.

Coas capacidades tecnolóxicas actuais, é totalmente viable producir películas de nitruro de boro altamente flexibles con alto contido para aplicacións de refrixeración radiativa.

Escenarios de aplicación

1. Eficiencia enerxética dos edificios:

   • Empréganse como revestimentos de paredes exteriores ou de tellados, o que reduce significativamente as temperaturas superficiais e interiores dos edificios, aforrando así entre o 20 % e o 50 % do consumo de enerxía do aire acondicionado.

   • Convertidas en películas refrixerantes e aplicadas ao vidro de edificios ou ás paredes exteriores.

2. Disipación de calor para dispositivos electrónicos de potencia:

   • Úsase para arrefriar estacións base de comunicación exteriores, servidores de centros de datos, centrais fotovoltaicas, etc., mellorando a vida útil dos equipos e a eficiencia operativa.

   • Ofrecemos solucións de refrixeración pasiva para dispositivos electrónicos portátiles.

3. Recollida de recursos hídricos:

   • Utilizando superficies de refrixeración radiativa para condensar o vapor de auga do aire, o que permite a "captación de auga atmosférica" ​​en rexións áridas.

4. Xestión térmica persoal:

   • Fabricado en fibras téxtiles ou tecidos para producir "roupa refrescante", proporcionando un microclima confortable para os traballadores ao aire libre en ambientes de altas temperaturas.

5. Mitigación do efecto da illa de calor urbana:

   • A aplicación a grande escala en estradas e tellados urbanos pode reducir eficazmente a temperatura ambiental xeral das cidades.

Desafíos e direccións futuras

Malia as súas prometedoras perspectivas, os materiais de refrixeración radiativa aínda enfrontan varios desafíos:

• Adaptabilidade ambiental: En condicións húmidas, nubradas ou chuviosas, a transparencia da xanela atmosférica diminúe, o que reduce significativamente o rendemento de refrixeración.

• Durabilidade e contaminación: o po e os contaminantes superficiais poden afectar gravemente o rendemento reflectante e radiativo, o que fai necesarias propiedades de autolimpado (por exemplo, superficies superhidrófobas).

• Custo e escalabilidade: o custo dos materiais estruturais fotónicos de alto rendemento segue sendo relativamente elevado. Lograr unha produción a grande escala e de baixo custo é clave para a comercialización.

• Regulación espectral: Un foco de investigación futuro é o desenvolvemento de materiais de refrixeración radiativa "intelixentes" que poidan axustar dinamicamente as súas propiedades radiativas en función da temperatura ambiente, conseguindo o efecto de "cálido no inverno e fresco no verán".