En billig passiv kylningsteknik gjord av en polymerfilm skulle kunna användas för att passivt kyla byggnader i storstadsområden, undvika behovet av el.

Moderna luftkonditioneringssystem förbrukar betydande mängder energi för att kyla byggnader under dagtid, genererar betydande mängder växthusgaser som är ansvariga för klimatförändringarna. Till exempel, Luftkonditionering står för cirka 15 procent av den totala primärenergiförbrukningen i USA och kan vara så hög som 70 procent i extremt varma länder som Saudiarabien.

Teknik som använder strålningskylning för att kontrollera temperaturen i byggnader, såsom plana flerskiktiga fotoniska filmer och hybrid-metamaterialfilmer, väcker stor uppmärksamhet eftersom de inte använder elektricitet; dock, de är komplicerade och dyra att tillverka.

Den nya tekniken utvecklades genom samarbete, inklusive studentutbyten, mellan amerikanska och KAUST-forskare. Leds av Qiaoqiang Gan och doktorand Lyu Zhou från State University of New York i Buffalo, Jian-Wei Liang och kollegor från Boon Oois fotoniklaboratorium vid KAUST, arbeta med forskare från University of Wisconsin, har utvecklat en passiv kylningsteknik gjord av en polydimetylsiloxan (PDMS)/aluminiumfilmstruktur.

"PDMS uppvisar mycket hög absorption i jordens "atmosfäriska fönster" område och låg absorption i solens synliga våglängdsområde, " förklarar Jian-Wei. "Dessa egenskaper gör det till ett idealiskt material för passiv radiativ kylning."

Genom att utnyttja den spektrala överlappningen mellan detta atmosfäriska fönster, motsvarande våglängder mellan 8-13 mikron och intervallet för termisk strålning som emitteras av byggnader vid typiska omgivningstemperaturer, PDMS/aluminiumfilmen kan effektivt kyla byggnader under dagtid.

För att tillverka filmen, forskarna använde en bladbeläggningsprocess för att först belägga ytan på en aluminiumplåt med ett lager PDMS-harts och sedan ett doseringsblad för att kontrollera dess tjocklek, värma upp strukturen i en ugn vid cirka 60 grader Celsius i två timmar för att slutföra processen.

"Även om PDMS har låg absorption i solvåglängdsområdet, vi fann att dess strålningskylningsförmåga påverkades avsevärt av den omgivande miljön när den testades utomhus, speciellt i trånga stadsmiljöer, säger Qiaoqiang.

För att ta itu med detta, teamet utvecklade ett spektralselektivt skydd som riktar den termiska strålningen mot himlen och uppnådde en dagtemperatursänkning på upp till 6,5 grader Celsius i den yttre miljön.

PDMS/aluminiumfilmen ger en billig och grönare lösning för att kyla byggnader i stadsmiljöer och kan även tillverkas i stor skala, bidra till den potentiella kommersialiseringen av teknik för strålningskylning.

"Vi arbetar nu med filmens optiska struktur för att förbättra dess strålningskylning, såväl som dess tillämpning vid ångkondensering och vattenkylning, säger Jian-Wei.