a) Schema över beteendet hos ett SCO-material under dag-natt-cykler. b) Arbetsschema för ett SCO-material under solstrålning. När vädret är varmt och materialet är i HS-tillstånd (vitt), reflekteras ljuset och temperaturen i rummet kontrolleras. Tvärtom, under kalla temperaturer visar materialen LS-tillståndet (rosa), så fler våglängder absorberas och rummet värms upp. c) Illustration av spinnövergången under yttre stimuli. Kredit:Advanced Science (2022). DOI:10.1002/advs.202202253
Att lindra värmeöeffekten genom termiska regleringsmekanismer i byggnadselement kan förbättra människans termiska komfort och livsmiljön i stadsområden. Passiva värmeregleringssystem inbyggda i tak, fönster eller väggar och som fungerar utan behov av el, är en energieffektiv och miljömässigt hållbar lösning.
Fasförändrande material minimerar temperaturfluktuationer genom användning av latent värme, men har vissa begränsningar. Tillämpningen av dessa tekniker har resulterat i kylning både dag och natt. Därför krävs forskning om nya material som minskar temperaturfluktuationer i båda riktningarna.
Forskare under ledning av Dr. José Sánchez-Costa och Dr. Ana Espinosa vid IMDEA Nanociencia har visat att molekylära material kan användas för termisk reglering i ett nytt tillvägagångssätt. I deras senaste arbete, publicerat i Advanced Science , gruppen testade molekylärt baserade koordinationspolymerer inbäddade i plastmatriser mot flera värme-kylningscykler.
De observerade en samtidig fasövergång och färgförändring, från rosa till vitt, som resulterade i en kylande effekt i förhållande till andra termokroma material. De uppmätta temperaturerna indikerade att det uppvärmda materialet kunde avleda värme mer effektivt via två effekter:energiabsorption som utlöser fasövergången och optisk reflektion på grund av färgförändring mot vitt - reflekterar mer energi. Vidare producerade det kylda materialet (rosa) en dämpning av temperaturminskningen på grund av desorptionen av värme som produceras i fasövergången. Detta leder till lägre temperaturfluktuationer under uppvärmnings- och kylcykler.
Temperatur kontra exponeringstid med på/av solcykler. Kredit:Advanced Science
Spin-crossover-molekylmaterialen var anmärkningsvärt stabila vid cykling; i denna studie utfördes upp till 40 cykler, vilket gav liknande resultat. Dessa mångsidiga material kan designas för specifika egenskaper, såsom övergångstemperatur och termisk hysteres.
I den här studien visar forskarna att värmen som genereras av solen är tillräcklig för att producera spinnövergång i ett spin-crossover-material. Detta leder i sin tur till en kylande effekt på grund av en ökning av ljusreflektion till följd av färgförändringen och energiabsorptionen i samband med spinnövergången. Därför kan spin-crossover molekylära material användas för att minska temperaturfluktuationer, och skulle potentiellt kunna implementeras i passiva temperaturkontrollelement i byggnader. + Utforska vidare
