Filmes 'pintados' de nanocristais podem um dia ajudar a aliviar o calor do verão

Sep 24, 2023

As penas de pavão obtêm seus azuis e verdes brilhantes não de pigmentos coloridos, mas de estruturas microscópicas que refratam e refletem a luz. Filmes finos de nanocristais usam uma estratégia semelhante para mostrar tons vibrantes sem aquecer com a luz do sol.

sarayut Thaneerat/Moment/Getty Images Plus

Por Katie Grace Carpenter

5 horas atrás

À medida que o verão esquenta, as futuras casas podem esfriar, graças aos revestimentos de nanocristais de cores vibrantes.

Revestimentos normais, como tinta, aquecem ao sol. Os novos filmes de cristal ficam mais frios do que o ar ao seu redor quando expostos à luz solar. Eles fazem isso refletindo os raios do sol e liberando esse calor no espaço sideral.

Esses revestimentos podem fornecer uma maneira sustentável de manter a refrigeração - sem necessidade de energia - para carros, residências e escritórios. Isso seria um grande avanço em relação aos condicionadores de ar, que consomem muita energia e podem vazar gases que contribuem para o aquecimento global.

Qingchen Shen e seus colegas criaram uma seleção colorida dos novos revestimentos. Shen estuda ciência dos materiais na Universidade de Cambridge, na Inglaterra. Sua equipe compartilhou seu trabalho em 26 de março na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS). Aconteceu em Indianápolis, Indiana.

Superfícies que ficam mais frias do que o ambiente são incomuns.

O motivo: objetos quentes emitem calor através da luz infravermelha invisível. Eles transferem seu calor para o ar ao seu redor. Quando o objeto e o ar atingem a mesma temperatura, essa transferência é interrompida. Então o resfriamento para.

Isso explica por que, digamos, o capô de um carro aquecido pelo sol emite calor que aquece o ar dentro e fora do carro.

Mas certos comprimentos de onda da luz infravermelha não são absorvidos pelo ar. Eles podem escapar da atmosfera para o espaço. Os novos filmes liberam calor nesses comprimentos de onda. Assim, eles podem liberar calor sem aquecer o ar ao redor – e ficar mais frios que o ar ao seu redor, mesmo quando banhados pela luz solar.

Esse método de resfriamento tem um nome longo: resfriamento radiativo diurno passivo. A equipe de Shen não inventou o processo. Outros materiais também o fazem. Mas normalmente há uma compensação: até agora, apenas superfícies brancas ou espelhadas faziam isso. Essas superfícies refletem muita luz, impedindo que a luz aqueça a superfície.

Agora, a equipe de Shen descobriu uma maneira de criar superfícies coloridas de resfriamento passivo. "Podemos produzir vermelho, verde e azul", diz Shen. Mas do que ele realmente se orgulha são as várias texturas. Eles criaram de tudo, desde filmes iridescentes brilhantes até um grão de madeira natural calmante.

Os novos filmes não obtêm sua cor dos pigmentos, que dão cores às tintas e às roupas. Esses produtos químicos funcionam refletindo apenas as cores da luz que vemos e absorvendo o restante. Essa luz absorvida aquece o material.

É por isso que "se você usar uma camiseta preta, ficará mais quente do que se usar uma camiseta branca", explica Silvia Vignolini. Ela é uma química da Universidade de Cambridge que também trabalhou nos novos filmes.

Se esses filmes obtivessem sua cor a partir de pigmentos, eles "absorveriam parte da luz do sol e então aqueceriam", diz Shen. Isso iria "compensar o resfriamento".

Em vez disso, a cor dos filmes vem de estruturas microscópicas. Isso é conhecido como cor estrutural. Pequenos padrões nas superfícies dos filmes não absorvem a luz. Em vez disso, as ondas de luz são refletidas de maneiras específicas, de modo que apenas certas cores atingem nossos olhos. Mudar os padrões microestruturais muda a cor que vemos.

A cor estrutural é comum na natureza. O brilho do arco-íris de uma bolha de sabão vem da cor estrutural. As penas vibrantes de um pavão são outro exemplo. Assim como os rostos brilhantes de alguns babuínos, diz Vignolini. Suas manchas azuis frias vêm de pequenas esferas de uma proteína chamada colágeno.

A cor dos novos filmes vem de minúsculos cristais de celulose. Eles são feitos de fibras vegetais. A celulose não é apenas abundante e ecológica. Ele também emite calor como aqueles comprimentos de onda infravermelhos que podem escapar da atmosfera.

O filme tem duas camadas. A de cima é a celulose cristalizada, que dá a cor. Diferentes padrões de cristal produzem cores diferentes. Uma forma diferente de celulose – etilcelulose – compõe a camada inferior. Essa camada é esburacada e espalha toda a luz que vaza pela camada superior.