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Mar 12, 2024

Peinture thermique — Le revêtement par pulvérisation MXene peut exploiter le rayonnement infrarouge pour le chauffage ou le refroidissement

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l'Université Drexel, a découvert qu'une fine couche de MXène – un type de nanomatériau bidimensionnel découvert et étudié à Drexel depuis plus d'une décennie

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l'Université Drexel, a découvert qu'une fine couche de MXène – un type de nanomatériau bidimensionnel découvert et étudié à Drexel depuis plus d'une décennie – pourrait améliorer la capacité d'un matériau à piéger ou à évacuer la chaleur. Cette découverte, liée à la capacité du MXene à réguler le passage du rayonnement infrarouge ambiant, pourrait conduire à des progrès dans les domaines des vêtements thermiques, des éléments chauffants et de nouveaux matériaux pour le chauffage et le refroidissement radiatifs.

Le groupe, comprenant des chercheurs en science des matériaux et en optoélectronique de Drexel et des informaticiens de l'Université de Pennsylvanie, a récemment présenté sa découverte sur les capacités de chauffage et de refroidissement radiatifs associées au MXene dans un article intitulé « Polyvalence des propriétés infrarouges du MXene » dans le journal Elsevier. revue Materials Today.

"Cette recherche révèle une autre facette de la polyvalence des matériaux MXene", a déclaré Yury Gogotsi, PhD, université distinguée et professeur titulaire de la chaire Bach au Drexel's College of Engineering, qui a dirigé la recherche. « Les revêtements MXene possédant des capacités exceptionnelles à contenir ou à émettre un rayonnement infrarouge, tout en restant extrêmement fins – 200 à 300 fois plus fins qu'un cheveu humain – légers et flexibles, pourraient trouver des applications à la fois dans la gestion thermique localisée et dans les systèmes de chauffage et de refroidissement radiatifs à grande échelle. Le chauffage et le refroidissement infrarouges passifs présentent des avantages significatifs par rapport aux systèmes actifs traditionnels, qui nécessitent de l’énergie électrique pour fonctionner.

Les MXènes sont une famille de nanomatériaux bidimensionnels découverts à l'origine par des chercheurs de Drexel en 2011 et qui, en raison de leur composition et de leur structure bidimensionnelle, se sont progressivement révélés exceptionnels pour conduire l'électricité, stocker l'énergie électrique, filtrer les composés chimiques et bloquer le rayonnement électromagnétique. , entre autres capacités. Au fil des années, les scientifiques des matériaux ont produit et étudié de manière approfondie des MXènes présentant diverses compositions chimiques, ce qui a abouti à la découverte de nombreuses applications.

Dans leur récent article, l’équipe a mesuré la capacité de 10 compositions différentes de MXène à aider ou entraver le passage du rayonnement infrarouge – une mesure appelée « émissivité » – qui est en corrélation avec leur capacité à capturer ou à dissiper passivement la chaleur ambiante.

"Nous savions grâce à des recherches antérieures que les MXènes sont plus que capables de réfléchir ou d'absorber les ondes radio et les rayonnements micro-ondes. L'étape suivante consiste donc à étudier leur interaction avec le rayonnement infrarouge, qui a une longueur d'onde beaucoup plus courte", a déclaré Danzhen Zhang, doctorant. chercheur au laboratoire de Gogotsi et co-auteur de l'article. « L’avantage de pouvoir contrôler le passage du rayonnement infrarouge est que nous pouvons utiliser ce type de rayonnement pour le chauffage passif – si nous pouvons le contenir – ou le refroidissement passif – si nous pouvons le dissiper. Les MXènes que nous avons testés ont montré qu’ils peuvent faire les deux, en fonction de leur composition élémentaire et du nombre de couches atomiques.

En comparaison avec les matériaux de refroidissement passif disponibles sur le marché aujourd'hui, qui permettent au rayonnement infrarouge thermique du corps (la chaleur corporelle) de s'échapper à travers sa composition textile légère et poreuse, les textiles enduits de MXène peuvent faire encore mieux, selon Tetiana Hryhorchuk, chercheur doctorant dans le laboratoire de Gogotsi et co-auteur de la recherche, car ces textiles enduits ont la capacité supplémentaire de réfléchir le rayonnement infrarouge externe, d'éviter la chaleur causée par la lumière du soleil, tout en laissant passer le rayonnement infrarouge émis par le corps.

Les chercheurs ont découvert que le carbure de niobium MXènes pouvait dissiper efficacement la chaleur, tandis que le carbure de titane présentait une protection thermique exceptionnelle, sa température n'augmentant qu'à 43 degrés Celsius après avoir été chauffé pendant cinq minutes sur une plaque chauffante à 110 degrés.

"Une émissivité élevée comme dans le carbure de niobium est également possible dans les matériaux diélectriques", a déclaré Gogotsi. "Cependant, les MXènes combinent cette capacité avec la conductivité électrique, ce qui signifie que ces MXènes peuvent également être utilisés comme éléments chauffants électriques actifs avec alimentation externe."