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L'aerogel del MIT cattura il calore solare per applicazioni domestiche e industriali

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Il materiale isolante a base di silice altamente trasparente può generare alte temperature dalla luce del sole anche in condizioni invernali fredde

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Gli aerogel sono materiali paradossali. Così effimere da sembrare appena lì, hanno proprietà straordinarie. Il team del MIT, una collaborazione tra ingegneri di diverse specialità, ha sviluppato un materiale che si sostiene essere in grado di trasmettere la luce solare intrappolando efficacemente il calore solare.

In un articolo sulla rivista ACS Nano, Evelyn Wang, capo del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, lo studente laureato Lin Zhao, professore di ingegneria energetica Gang Chen e colleghi descrivono come hanno prodotto l'aerogel (che chiamano "mezzo di serra") controllando i tassi di idrolisi e condensazione dell'ortosilicato di tetrametile (TMOS). Hanno scoperto un nuovo processo per fare questo, che, spiegano, non solo migliora la trasparenza ottica del materiale, ma riduce anche il tempo di fabbricazione da settimane a giorni.

La chiave per farla funzionare era nel rapporto preciso dei diversi materiali da cui l'aerogel è stato sintetizzato, spiega la carta. Il processo consiste nel mescolare un catalizzatore con grani di un composto contenente silice in una soluzione liquida, quindi asciugare il gel risultante per lasciare una matrice che è principalmente aria ma che mantiene la resistenza meccanica della miscela originale. La produzione di una miscela che si asciuga molto più velocemente dei tradizionali precursori dell'idrogel ha prodotto un gel con pori molto più piccoli tra i suoi grani, con conseguente minore dispersione della luce.

Secondo Wang, gli idrogel convenzionali, sebbene isolanti altamente efficaci, trasmettono al massimo il 70 per cento della luce incidente. Il nuovo idrogel, tuttavia, lascia passare il 95% della luce solare incidente ma mantiene le proprietà altamente isolanti, il che significa che il calore della luce solare non sfugge.

Il team ha effettuato dei test sul materiale in una giornata di sole in pieno inverno, che a Cambridge, Massachusetts, tende ad essere ben al di sotto degli 0°C. Hanno costruito un dispositivo passivo costituito da un materiale scuro che assorbe il calore coperto da uno strato del nuovo aerogel. Il materiale scuro raggiunto e mantenuto una temperatura di 220°C, riferiscono. In precedenza tali temperature venivano raggiunte solo dalla luce solare utilizzando un sistema di concentrazione di specchi e lenti che concentravano la luce solare su una linea o un punto centrale. Tali sistemi sono più complessi e costosi della combinazione aerogel-collector passivo.

La temperatura raggiunta è classificata come intermedia in termini industriali, ma sarebbe adatta per la produzione di acqua calda sanitaria su un impianto sul tetto, per alimentare impianti di condizionamento, o per una grande varietà di applicazioni nella produzione chimica o alimentare offrono molti processi produttivi, suggerisce il team. "Il materiale che usiamo per aumentare la temperatura agisce come l'atmosfera terrestre per fornire isolamento, ma questo è un esempio estremo", ha commentato Zhao.

Un aspetto che richiede ancora un'indagine è come aumentare la produzione del materiale, ha detto Wang. Ciò potrebbe comportare l'elaborazione di un metodo di produzione continuo piuttosto che a lotti. Tuttavia, anche il metodo attuale, che richiede l'uso di un'apparecchiatura specializzata chiamata essiccatore a punti critici, potrebbe essere conveniente per alcune applicazioni, ha aggiunto.