Emissão de corpo negro e fator de visão. (a) Espectros de radiação do corpo negro à temperatura ambiente (curva vermelha) e à temperatura do nitrogênio líquido (curva azul). A barra vermelha clara indica a faixa de comprimento de onda relevante para este trabalho (9–11 µm). (b) Embora uma amostra sempre emitirá energia térmica homogeneamente dentro do ângulo sólido de uma semiesfera, a quantidade de radiação quente e fria incidente determinará a distribuição da temperatura na amostra. Ajustando o fator de visão da radiação quente e fria sobre o ângulo sólido, o perfil de temperatura pode ser manipulado. A amostra está a uma temperatura T S e emite radiação com intensidade I S . As seções quentes do ambiente de ângulo sólido emitem com intensidade I h e a seção fria com eu C .
Todo mundo sabe o que é estar ao ar livre em uma noite fria e sem nuvens de inverno, quando o céu está salpicado de estrelas. Na abertura, o frio é sentido intensamente. Mas em uma floresta, sob a cobertura protetora das árvores, é menos assim. A razão para essa diferença é a radiação térmica, que é emitido pelo corpo e, dependendo da natureza do ambiente, pode ser substituída por uma quantidade menor de radiação proveniente do meio ambiente. Com uma temperatura de -270 graus Celsius, o universo é muito mais frio do que nosso ambiente imediato, e, portanto, quase não emite qualquer radiação térmica. Grupos de pesquisa em todo o mundo começaram recentemente a explorar novos métodos para resfriar edifícios e roupas, mesmo em plena luz do dia, aumentando a taxa de troca de calor com o universo - sem a necessidade de maior consumo de energia. Contudo, as aplicações potenciais desses métodos para fins tecnológicos ou experimentais - em pequena escala - raramente foram investigadas até agora.
Pesquisadores liderados pelo professor Jochen Feldmann no Nano-Institute da LMU agora conseguiram gerar um gradiente de frio em uma amostra experimental por meio do controle direcionado e sem contato da distribuição da radiação térmica. "Para fazer isso, simulamos o efeito do universo remoto com a ajuda de um criostato distante, "diz Nicola Kerschbaumer, um Ph.D. aluno da equipe de Feldmann e primeiro autor do estudo. Um criostato pode ser considerado uma espécie de unidade de resfriamento projetada para atingir e manter temperaturas extremamente baixas. Com a ajuda de uma configuração ótica especial e um arranjo de espelhos elípticos, a equipe conseguiu coletar a radiação térmica de onda longa emitida pela amostra (que está inicialmente em temperatura ambiente), e focalize em uma placa colocada no centro do criostato. Desta maneira, eles foram capazes de criar uma espécie de rua de mão única para a radiação emitida, o que resultou no resfriamento efetivo da amostra. Em uma aplicação inicial, este método de resfriamento sem contato mostrou-se particularmente eficaz para o que é conhecido como super-resfriamento de líquidos.
Os pesquisadores acreditam que seu novo método sem contato, que usa "resfriamento radiativo" para gerar um gradiente de frio em uma amostra, encontrará muitos aplicativos. De acordo com Privatdozent Theobald Lohmüller, Líder do Grupo de Biofotônica no Nano-Instituto e co-autor do estudo, manipulações térmicas sem contato de amostras biológicas serão de particular interesse.
O estudo é publicado em Relatórios Científicos .
