Les nouvelles encres utilisent la nanotechnologie pour contrôler la température dans les environnements quotidiens. Crédit : Dr Mohammad Taha, Université de Melbourne
Des encres à changement de phase utilisant la nanotechnologie ont été développées pour contrôler la température et fournir un contrôle climatique passif, réduisant ainsi la consommation d’énergie. Les encres polyvalentes ont des applications potentielles dans les bâtiments, l’électronique et les vêtements, et pourraient devenir une solution durable pour lutter contre le changement climatique.
Les premières « encres à changement de phase » qui pourraient transformer la façon dont nous chauffons et refroidissons les bâtiments, les maisons et les voitures – pour obtenir un contrôle climatique passif sophistiqué – ont été développées, avec un énorme potentiel pour aider à réduire la consommation d’énergie et les émissions mondiales de gaz à effet de serre.
Une nouvelle étude publiée dans The Royal Society of Chemistry’s Journal de chimie des matériaux A dirigé par le Dr Mohammad Taha, documente la preuve de concept des «encres à changement de phase» qui utilisent la nanotechnologie pour contrôler la température dans les environnements quotidiens. Ils y parviennent en ajustant la quantité de rayonnement qui peut les traverser, en fonction du milieu environnant.
Le Dr Taha a déclaré que ces encres pourraient être utilisées pour développer des revêtements pour obtenir un chauffage et un refroidissement passifs, réduisant ainsi notre besoin de compter sur la création d’énergie pour réguler les températures.
“Les humains utilisent beaucoup d’énergie pour créer et maintenir des environnements confortables – chauffer et refroidir nos bâtiments, nos maisons, nos voitures et même notre corps”, a déclaré le Dr Taha.
« Nous ne pouvons plus nous concentrer uniquement sur la production d’énergie à partir de ressources renouvelables pour réduire notre impact environnemental. Nous devons également envisager de réduire notre consommation d’énergie dans le cadre de nos solutions énergétiques proposées, car les impacts du changement climatique deviennent une réalité.
“En concevant nos encres pour répondre à leur environnement, nous réduisons non seulement la dépense énergétique, mais nous supprimons également le besoin de systèmes de contrôle auxiliaires pour contrôler les températures, ce qui représente un gaspillage d’énergie supplémentaire.”
La climatisation passive permettrait des conditions de vie confortables sans dépenser inutilement de l’énergie. Par exemple, pour fournir un chauffage confortable en hiver, les encres appliquées sur la façade d’un bâtiment pourraient se transformer automatiquement pour laisser passer un plus grand rayonnement solaire pendant la journée et une meilleure isolation pour conserver la chaleur la nuit. En été, ils pourraient se transformer pour former une barrière pour bloquer le rayonnement thermique du soleil et du milieu environnant.
Les « encres à changement de phase » polyvalentes sont une preuve de concept qui peut être laminée, pulvérisée ou ajoutée aux peintures et aux matériaux de construction. Ils pourraient également être incorporés dans les vêtements, régulant la température corporelle dans des environnements extrêmes, ou dans la création d’appareils électroniques à grande échelle, flexibles et portables comme des circuits pliables, des caméras et des détecteurs, et des capteurs de gaz et de température.
Le Dr Taha a déclaré: «Notre recherche supprime les restrictions précédentes sur l’application à grande échelle de ces encres à moindre coût. Cela signifie que les structures et les matériaux de construction existants peuvent être modernisés. Avec l’intérêt de la fabrication, les encres pourraient arriver sur le marché dans cinq à 10 ans.
«Grâce à la collaboration avec l’industrie, nous pouvons les développer et les intégrer dans les technologies existantes et nouvelles dans le cadre d’une approche holistique pour relever les défis énergétiques mondiaux liés au changement climatique.
“Le potentiel de ce matériau est énorme car il peut être utilisé à de nombreuses fins différentes, comme empêcher l’accumulation de chaleur dans l’électronique des ordinateurs portables ou sur les pare-brise des voitures. Mais la beauté de ce matériau est que nous pouvons ajuster ses propriétés d’absorption de chaleur en fonction de nos besoins.
« Déjà, un type différent de matériau à changement de phase est utilisé pour fabriquer du verre intelligent, mais notre nouveau matériau signifie que nous pouvons concevoir des briques et de la peinture plus intelligentes. Cette nouvelle nanotechnologie peut aider à moderniser les bâtiments existants pour les rendre plus efficaces. C’est meilleur pour l’environnement et durable pour l’avenir.
La percée a été réalisée en découvrant comment modifier l’un des principaux composants des « matériaux à changement de phase », l’oxyde de vanadium (VO2). Les matériaux à changement de phase utilisent des déclencheurs, comme la chaleur ou l’électricité, pour créer suffisamment d’énergie pour que le matériau se transforme sous contrainte. Cependant, les matériaux à changement de phase devaient auparavant être chauffés à des températures très élevées pour que leurs propriétés de « changement de phase » soient activées.
«Nous avons utilisé notre compréhension de la façon dont ces matériaux sont assemblés pour tester comment nous pourrions déclencher la réaction isolant-métal (IMT), où le matériau agit essentiellement comme un interrupteur pour bloquer la chaleur au-delà d’une température particulière – température ambiante proche (30- 40oC) », a déclaré le Dr Taha.
Le Dr Taha a déclaré que la prochaine étape consistera à mettre la recherche, brevetée par l’Université de Melbourne, en production.
Référence : “Modulation infrarouge via des transitions de phase à température ambiante proche des oxydes de vanadium et des composites noyau-coque” par Mohammad Taha, Sivacarendran Balendhran, Peter C. Sherrell, Nick Kirkwood, Dingchen Wen, Shifan Wang, Jiajun Meng, James Bullock, Kenneth B. Crozier et Len Sciacca, 21 mars 2023, Journal de chimie des matériaux A.
DOI : 10.1039/D2TA09753B
