Control de la fluctuación de temperatura mediante un material conmutable
05.07.2022
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Comportamiento del material spin-crossover durante los ciclos día-noche. Imagen: Advanced Science. |
- Investigadores de IMDEA Nanociencia demuestran la regulación térmica pasiva mediante un material basado en un interruptor de spin-crossover.
- El calor procedente del Sol desencadena un cruce de espín en un material molecular y a su vez una variación de color de rosa a blanco.
- Los cambios reversibles en la reflectividad del material conducen a un efecto de enfriamiento con respecto a otros materiales termocrómicos, con potenciales aplicaciones en el control de la temperatura en edificios.
Madrid, 4 de julio de 2022. Aliviar el efecto “isla de calor” mediante la introducción de mecanismos de regulación térmica en los elementos de construcción puede mejorar el confort térmico en las zonas urbanas. Los sistemas de regulación térmica pasiva incorporados en cubiertas, ventanas o paredes, y que funcionen sin necesidad de electricidad, son una solución energéticamente eficiente y ambientalmente sostenible.
Los materiales que cambian de fase minimizan las fluctuaciones de temperatura mediante el uso de calor latente, pero muestran algunas limitaciones. La aplicación de estas técnicas ha dado como resultado el enfriamiento tanto de día como de noche. Por lo tanto, la investigación de nuevos materiales que reduzcan las fluctuaciones de temperatura en ambas direcciones aún debe desarrollarse.
Un equipo de investigadores liderados por el Dr. José Sánchez-Costa y la Dra. Ana Espinosa en IMDEA Nanociencia han demostrado que los materiales moleculares pueden aplicarse con fines de regulación térmica en un novedoso enfoque. En su último trabajo, publicado en Advanced Science, el grupo probó polímeros de coordinación de base molecular incrustados en matrices plásticas en varios ciclos de calentamiento-enfriamiento. Observaron una transición de fase y un concomitante cambio de color, de rosa a blanco, que resultó en un efecto de enfriamiento con respecto a otros materiales termocrómicos . Las temperaturas medidas indicaron que el material calentado fue capaz de disipar el calor de manera más eficiente a través de dos efectos: la absorción de energía que desencadena la transición de fase y la reflexión óptica debida al cambio de color hacia el blanco, reflejando más energía. Además, el material enfriado (rosa) produjo una amortiguación de la disminución de la temperatura debido a la desorción del calor producido en la transición de fase. Esto se traduce en una menor fluctuación de temperatura durante ambos ciclos de calentamiento y enfriamiento.
Los materiales moleculares de spin-crossover son notablemente estables en los ciclos de calentamiento y enfriamiento. En este estudio se realizaron hasta 40 ciclos, obteniendo resultados similares en todos ellos. Estos spin-crossover son materiales versátiles listos para ser diseñados a voluntad con propiedades específicas, como por ejemplo, la temperatura de transición de estado y su histéresis térmica.
"El cambio climático es uno de los problemas más graves a los que nos vamos a enfrentar en los próximos años, todo lo que podamos hacer para reducir sus efectos es casi una necesidad como científicos" dice el Dr. Sánchez-Costa; "Los resultados obtenidos en este trabajo son muy emocionantes y abren el camino para utilizar estos materiales conmutables en aplicaciones reales, si pensamos en integrarlos en techos o en ventanas de edificios, ya que combinan la acción de la reflectividad óptica con la absorción de calor debida al cambio de fase del material. Este tipo de material nunca había sido explorado para regular la temperatura dentro de los edificios".
"Los resultados obtenidos en este trabajo son muy emocionantes [...] este tipo de material nunca había sido explorado para regular la temperatura dentro de los edificios".
En este estudio, los investigadores demuestran que el calor generado por el Sol es suficiente para producir la transición de espín en un material de spin-crossover. Esto, a su vez, conduce a un efecto de enfriamiento con respecto a otros materiales similares, debido a un aumento en la reflexión de la luz resultante del cambio de color y la absorción de energía asociada con la transición de espín. Por lo tanto, los materiales moleculares de spin-crossover son útiles para reducir las fluctuaciones de temperatura, y podrían implementarse potencialmente en elementos pasivos de control de temperatura en edificios.
Este trabajo es una colaboración entre investigadores del IMDEA Nanociencia, el Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), el Instituto de Ciencia de Materiales (CSIC) y el Institut Laue-Langevin (Grenoble) y ha sido cofinanciado por el proyecto NANOMAGCOST y el galardón Centro Excelencia Severo Ochoa a IMDEA Nanociencia.
Referencia:
Resines-Urien, E., García-Tuñón, M. Á. G., García-Hernández, M., Rodríguez-Velamazán, J. A., Espinosa, A., Costa, J. S. Concomitant thermochromic and phase-change effect in a switchable spin crossover material for efficient passive control of day and night temperature fluctuations. Adv. Sci. 2022, 2202253.
Contacto
Dr. José Sánchez Costa
jose.sanchezcosta [at]imdea.org
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Oficina de Comunicación de IMDEA Nanociencia
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Fuente: IMDEA Nanociencia