Combattere il caldo: queste piante

Jennifer Ouellette - 30 maggio 2023 21:58 UTC

L’estate è alle porte, portando temperature più alte e spingendo molti di noi ad accendere l’aria condizionata nelle giornate particolarmente calde. Lo svantaggio dell’aria condizionata è che le unità assorbono energia e possono emettere gas serra, contribuendo ulteriormente al riscaldamento globale. Quindi, c’è un forte interesse a trovare alternative eco-compatibili. Gli scienziati dell’Università di Cambridge hanno sviluppato una nuova pellicola innovativa a base vegetale che si raffredda se esposta alla luce solare, rendendola ideale per raffreddare edifici o automobili in futuro senza bisogno di alcuna fonte di energia esterna. Hanno descritto il loro lavoro in un recente incontro dell'American Chemical Society.

Il termine tecnico per questo approccio è raffreddamento radiativo diurno passivo (PDRC), così chiamato perché non richiede un'iniezione di energia nel sistema per disperdere il calore. La superficie emette il proprio calore nello spazio senza essere assorbita dall'aria o dall'atmosfera, diventando così più fredda di diversi gradi rispetto all'aria circostante senza bisogno di energia elettrica.

"Sappiamo che esiste un trasferimento termico spontaneo tra oggetti con temperature diverse", ha detto Qingchen Shen in una conferenza stampa durante l'incontro. La loro tecnologia di raffreddamento sfrutta quel trasferimento termico, con una svolta. La maggior parte dei materiali PDRC (vernici, pellicole e così via) sono bianchi o hanno una finitura a specchio, per ottenere una riflessione a banda larga della luce solare. Pigmenti o coloranti interferiscono con ciò poiché assorbono specifiche lunghezze d'onda della luce e riflettono solo determinati colori, trasformando così l'energia della luce in calore. I film creati da Shen et al. sono colorati, ma si tratta di colori strutturali sotto forma di nanocristalli, non dovuti all'aggiunta di pigmenti o coloranti. Pertanto è possibile aggiungere colore senza sacrificare l'efficienza del raffreddamento passivo.

Come riportato in precedenza, i colori iridescenti e brillanti nelle ali delle farfalle, nelle bolle di sapone o nei gusci degli scarafaggi, ad esempio, non provengono da molecole di pigmento ma da come sono strutturate le ali: un esempio naturale di ciò che i fisici chiamano cristalli fotonici. In natura, le scaglie di chitina (un polisaccaride comune agli insetti) sono disposte come tegole. Essenzialmente, formano un reticolo di diffrazione, tranne per il fatto che i cristalli fotonici producono solo colori specifici, o lunghezze d'onda, della luce, mentre un reticolo di diffrazione produrrà l'intero spettro, proprio come un prisma. Conosciuti anche come materiali con gap di banda fotonico, i cristalli fotonici sono "sintonizzabili", il che significa che sono ordinati con precisione per bloccare determinate lunghezze d'onda della luce lasciandone passare altre. Modificando la struttura modificando la dimensione delle tessere, i cristalli diventeranno sensibili a una diversa lunghezza d'onda.

Gli scienziati possono realizzare i propri materiali strutturali colorati in laboratorio, ma può essere difficile ampliare il processo per applicazioni commerciali senza sacrificare la precisione ottica. Quindi la creazione di colori strutturali come quelli presenti in natura è un’area attiva della ricerca sui materiali.

Ad esempio, l’anno scorso, gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology hanno adattato una tecnica di fotografia olografica del XIX secolo inventata dal fisico Gabriel Lippmann per sviluppare pellicole camaleontiche che cambiano colore quando vengono allungate. Le pellicole sarebbero ideali per realizzare bende che cambiano colore in risposta alla pressione, consentendo ai professionisti medici di sapere se stanno fasciando una ferita troppo stretta, un fattore importante quando si trattano condizioni come ulcere venose, ulcere da decubito, linfedema e cicatrici. I bambini adorerebbero indossare bende che cambiano colore, fornendo un vantaggio ai pediatri. E la possibilità di realizzare grandi fogli di materiale apre applicazioni nell’abbigliamento e nell’abbigliamento sportivo.

Un buon materiale PDRC deve rimanere più fresco dell’aria circostante durante il giorno, il che significa che deve riflettere molta luce solare senza assorbirla. Shen e i suoi colleghi hanno deciso di lavorare con materiali di origine vegetale per le loro pellicole iridescenti a raffreddamento passivo, in particolare cellulosa. "La cellulosa è il polimero più abbondante in natura", ha detto Shen riguardo alla scelta del materiale. "Puoi facilmente trovare la cellulosa nel legno o nel cotone. Essendo un materiale naturale, la cellulosa è sostenibile e biocompatibile. Inoltre, non assorbe quasi l'energia solare e ha un'emissività termica molto elevata nella banda degli infrarossi. Queste proprietà sono fondamentali per ottenere raffreddamento radiativo."