Svart kroppsemission och utsiktsfaktor. (a) Svartkroppsstrålningsspektra vid rumstemperatur (röd kurva) och vid flytande kvävetemperatur (blå kurva). Den ljusröda stapeln indikerar det våglängdsområde som är relevant för detta arbete (9–11 µm). (b) Medan ett prov alltid kommer att avge termisk energi homogent inom en halvsfärs rymdvinkel, mängden infallande varm och kall strålning bestämmer temperaturfördelningen på provet. Genom att ställa in synfaktorn för varm och kall strålning över den fasta vinkeln, temperaturprofilen kan manipuleras. Provet har en temperatur T S och avger strålning med intensitet I S . De varma sektionerna av rymdvinkelmiljön avger med intensitet I h och den kalla sektionen med I C .
Alla vet hur det är att vara ute en kall och molnfri vinternatt när himlen är full av stjärnor. I det fria, kylan känns alltför starkt. Men i en skog, under skyddande skydd av träden, det är mindre så. Anledningen till denna skillnad är termisk strålning, som avges av kroppen och, beroende på omgivningens natur, kan ersättas av en mindre mängd strålning som kommer från omgivningen. Med en temperatur på -270 grader Celsius, universum är mycket kallare än vår egen omedelbara omgivning, och avger därför knappt någon värmestrålning. Forskargrupper runt om i världen har nyligen börjat utforska nya metoder för att kyla byggnader och kläder, även vid fullt dagsljus, genom att öka värmeutbyteshastigheten med universum - utan behov av ytterligare energiförbrukning. Dock, potentiella tillämpningar av dessa metoder för tekniska eller experimentella ändamål – i liten skala – har hittills sällan undersökts.
Forskare under ledning av professor Jochen Feldmann vid LMU:s Nano-Institut har nu lyckats generera en kall gradient i ett experimentellt prov genom riktad och kontaktlös styrning av värmestrålningens fördelning. "Att göra så, vi simulerade effekten av det avlägsna universum med hjälp av en avlägsen kryostat, säger Nicola Kerschbaumer, en Ph.D. student i Feldmanns team och första författare till studien. En kryostat kan ses som ett slags kylaggregat utformat för att nå och upprätthålla extremt låga temperaturer. Med hjälp av en speciell optisk uppställning och ett arrangemang av elliptiska speglar, teamet kunde samla in den långvågiga termiska strålningen som sänds ut av provet (som initialt är vid rumstemperatur), och fokusera den på en platta placerad i mitten av kryostaten. På det här sättet, de kunde skapa en sorts enkelriktad gata för den utsända strålningen, vilket resulterade i en effektiv kylning av provet. I en första ansökan, denna beröringsfria kylningsmetod visade sig vara särskilt effektiv för vad som kallas underkylning av vätskor.
Forskarna tror att deras nya kontaktlösa metod, som använder "strålningskylning" för att generera en kall gradient i ett prov, kommer att hitta många applikationer. Enligt Privatdozent Theobald Lohmüller, Ledare för Biophotonics Group i Nano-Institute och medförfattare till studien, kontaktlösa termiska manipulationer av biologiska prover kommer att vara av särskilt intresse.
Studien publiceras i Vetenskapliga rapporter .
