Facteur d'émission et de vue du corps noir. (a) Spectres de rayonnement du corps noir à température ambiante (courbe rouge) et à la température de l'azote liquide (courbe bleue). La barre rouge clair indique la plage de longueurs d'onde pertinente pour ce travail (9-11 µm). (b) Alors qu'un échantillon émettra toujours de l'énergie thermique de manière homogène dans l'angle solide d'une demi-sphère, la quantité de rayonnement incident chaud et froid déterminera la distribution de la température sur l'échantillon. En ajustant le facteur de vue du rayonnement chaud et froid sur l'angle solide, le profil de température peut être manipulé. L'échantillon est à une température T
Tout le monde sait ce que c'est que de sortir par une nuit d'hiver froide et sans nuages lorsque le ciel est constellé d'étoiles. A ciel ouvert, le froid se fait trop sentir. Mais dans une forêt, sous le couvert protecteur des arbres, ça l'est moins. La raison de cette différence est le rayonnement thermique, qui est émis par le corps et, selon la nature de l'environnement, peut être remplacé par une plus petite quantité de rayonnement émanant de l'environnement. Avec une température de -270 degrés Celsius, l'univers est bien plus froid que notre propre environnement immédiat, et n'émet donc pratiquement aucun rayonnement thermique. Des groupes de recherche du monde entier ont récemment commencé à explorer de nouvelles méthodes pour refroidir les bâtiments et les vêtements, même en plein jour, en augmentant le taux d'échange de chaleur avec l'univers, sans qu'il soit nécessaire de consommer davantage d'énergie. Cependant, les applications potentielles de ces méthodes à des fins technologiques ou expérimentales - à petite échelle - ont rarement été étudiées jusqu'à présent.
Des chercheurs dirigés par le professeur Jochen Feldmann au Nano-Institut du LMU ont maintenant réussi à générer un gradient froid dans un échantillon expérimental par un contrôle ciblé et sans contact de la distribution du rayonnement thermique. "Faire cela, nous avons simulé l'effet de l'univers lointain à l'aide d'un cryostat distant, " dit Nicola Kerschbaumer, un doctorat étudiant dans l'équipe de Feldmann et premier auteur de l'étude. Un cryostat peut être considéré comme une sorte d'unité de refroidissement conçue pour atteindre et maintenir des températures extrêmement basses. A l'aide d'un montage optique spécial et d'un agencement de miroirs elliptiques, l'équipe a pu collecter le rayonnement thermique de grande longueur d'onde émis par l'échantillon (qui est initialement à température ambiante), et le focaliser sur une plaque placée au centre du cryostat. De cette façon, ils ont pu créer une sorte de rue à sens unique pour le rayonnement émis, ce qui a entraîné un refroidissement efficace de l'échantillon. Dans une première demande, cette méthode de refroidissement sans contact s'est avérée particulièrement efficace pour ce que l'on appelle la surfusion de liquides.
Les chercheurs pensent que leur nouvelle méthode sans contact, qui utilise le "refroidissement radiatif" pour générer un gradient froid dans un échantillon, trouvera de nombreuses applications. Selon le Privatdozent Theobald Lohmüller, Responsable du Groupe Biophotonique du Nano-Institut et co-auteur de l'étude, les manipulations thermiques sans contact d'échantillons biologiques seront particulièrement intéressantes.
L'étude est publiée dans Rapports scientifiques .
