Controle de flutuação de temperatura com um material de spin-crossover comutável

a) Esquema do comportamento de um material SCO durante os ciclos dia-noite. b) Esquema de trabalho de um material SCO sob radiação solar. Quando o clima está quente e o material está em seu estado HS (branco), a luz é refletida e o aumento da temperatura da sala é controlado. Pelo contrário, sob temperaturas frias, os materiais mostram o estado LS (rosa), então mais comprimentos de onda são absorvidos e a sala é aquecida. c) Ilustração da transição de spin sob estímulos externos. Crédito:Ciências Avançadas (2022). DOI:10.1002/advs.202202253

Aliviar o efeito de ilha de calor por meio de mecanismos de regulação térmica em elementos construtivos pode melhorar o conforto térmico humano e o ambiente de vida em áreas urbanas. Os sistemas de regulação térmica passiva incorporados em telhados, janelas ou paredes, e operando sem a necessidade de eletricidade, são uma solução energeticamente eficiente e ambientalmente sustentável.
Os materiais que mudam de fase minimizam as flutuações de temperatura através do uso de calor latente, mas têm algumas limitações. A aplicação dessas técnicas resultou em resfriamento durante o dia e a noite. Portanto, é necessária a pesquisa de novos materiais que reduzam as flutuações de temperatura em ambas as direções.

Pesquisadores liderados pelo Dr. José Sánchez-Costa e Dr. Ana Espinosa no IMDEA Nanociencia demonstraram que os materiais moleculares podem ser aplicados para fins de regulação térmica em uma nova abordagem. Em seu último trabalho, publicado em Advanced Science , o grupo testou polímeros de coordenação de base molecular incorporados em matrizes plásticas contra vários ciclos de aquecimento-resfriamento.

Eles observaram uma concomitante transição de fase e mudança de cor, de rosa para branco, que resultou em um efeito de resfriamento em relação a outros materiais termocrômicos. As temperaturas medidas indicaram que o material aquecido foi capaz de dissipar o calor de forma mais eficiente por meio de dois efeitos:absorção de energia que desencadeia a transição de fase e reflexão óptica devido à mudança de cor para o branco – refletindo mais energia. Além disso, o material resfriado (rosa) produziu um amortecimento da diminuição da temperatura devido à dessorção do calor produzido na transição de fase. Isso se traduz em menor flutuação de temperatura durante os ciclos de aquecimento e resfriamento.

Temperatura vs. tempo de exposição com ciclos solares liga-desliga. Crédito:Ciências Avançadas

Os materiais de moléculas de spin-crossover foram notavelmente estáveis após ciclagem; neste estudo, foram realizados até 40 ciclos, produzindo resultados semelhantes. Esses materiais versáteis podem ser projetados para propriedades específicas, como temperatura de transição e histerese térmica.

Neste estudo, os pesquisadores demonstram que o calor gerado pelo sol é suficiente para produzir a transição de spin em um material spin-crossover. Isso, por sua vez, leva a um efeito de resfriamento devido ao aumento da reflexão da luz resultante da mudança de cor e da absorção de energia associada à transição de spin. Portanto, materiais moleculares spin-crossover podem ser usados para reduzir as flutuações de temperatura e podem ser potencialmente implementados em elementos passivos de controle de temperatura em edifícios. + Explorar mais