Contrôle des fluctuations de température avec un matériau à transition de rotation commutable

a) Schéma du comportement d'un matériau SCO pendant les cycles jour-nuit. b) Schéma de travail d'un matériau SCO sous rayonnement solaire. Lorsqu'il fait chaud et que le matériau est dans son état HS (blanc), la lumière est réfléchie et l'augmentation de la température de la pièce est contrôlée. Au contraire, à des températures froides, les matériaux montrent l'état LS (rose), donc plus de longueurs d'onde sont absorbées et la pièce est chauffée. c) Illustration de la transition de spin sous des stimuli externes. Crédit :Sciences avancées (2022). DOI :10.1002/advs.202202253

Atténuer l'effet d'îlot de chaleur par des mécanismes de régulation thermique dans les éléments de construction peut améliorer le confort thermique des personnes et le cadre de vie dans les zones urbaines. Les systèmes de régulation thermique passive intégrés aux toits, aux fenêtres ou aux murs, et fonctionnant sans besoin d'électricité, sont une solution économe en énergie et durable sur le plan environnemental.

Les matériaux à changement de phase minimisent les fluctuations de température grâce à l'utilisation de la chaleur latente, mais présentent certaines limites. L'application de ces techniques a entraîné un refroidissement de jour comme de nuit. Par conséquent, la recherche de nouveaux matériaux qui réduisent les fluctuations de température dans les deux sens est nécessaire.

Des chercheurs dirigés par le Dr José Sánchez-Costa et le Dr Ana Espinosa de l'IMDEA Nanociencia ont démontré que les matériaux moléculaires peuvent être appliqués à des fins de régulation thermique dans une nouvelle approche. Dans leurs derniers travaux, publiés dans Advanced Science , le groupe a testé des polymères de coordination à base moléculaire incorporés dans des matrices plastiques contre plusieurs cycles de chauffage-refroidissement.

Ils ont observé une transition de phase et un changement de couleur concomitants, du rose au blanc, qui ont entraîné un effet de refroidissement par rapport aux autres matériaux thermochromiques. Les températures mesurées ont indiqué que le matériau chauffé était capable de dissiper la chaleur plus efficacement via deux effets :l'absorption d'énergie qui déclenche la transition de phase et la réflexion optique due au changement de couleur vers le blanc, reflétant plus d'énergie. De plus, le matériau refroidi (rose) a produit un amortissement de la baisse de température due à la désorption de la chaleur produite lors de la transition de phase. Cela se traduit par des fluctuations de température plus faibles pendant les cycles de chauffage et de refroidissement.

Température en fonction du temps d'exposition avec des cycles solaires marche-arrêt. Crédit :Sciences avancées

Les matériaux moléculaires à croisement de spin étaient remarquablement stables lors du cycle; dans cette étude, jusqu'à 40 cycles ont été effectués, produisant des résultats similaires. Ces matériaux polyvalents peuvent être conçus pour des propriétés spécifiques, telles que la température de transition et l'hystérésis thermique.

Dans cette étude, les chercheurs démontrent que la chaleur générée par le soleil est suffisante pour produire une transition de spin dans un matériau à transition de spin. Ceci, à son tour, conduit à un effet de refroidissement dû à une augmentation de la réflexion de la lumière résultant du changement de couleur et de l'absorption d'énergie associée à la transition de spin. Par conséquent, les matériaux moléculaires à croisement de spin pourraient être utilisés pour réduire les fluctuations de température et pourraient être potentiellement mis en œuvre dans des éléments de contrôle passif de la température dans les bâtiments. + Explorer plus loin