Material impresso muda de estado físico e pode regular temperaturas em edifícios

Por Gustavo Minari | Editado por Douglas Ciriaco | 21 de Julho de 2021 às 17h53
twenty20photos/Envato

Pesquisadores da Texas A&M University, nos EUA, desenvolveram um material imprimível que muda de fase para regular a temperatura em edifícios. Esse composto varia seu estado físico — sólido ou líquido — dependendo das condições térmicas do ambiente, sem depender de fontes externas de energia.

A substância, que usa um sistema simples e barato de fabricação, também pode ser adicionada aos materiais de construção convencionais, como cimentos e argamassas, ou impressas em 3D, como detalhes decorativos para compor ambientes internos sem comprometer a arquitetura ou chamar a atenção.

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"A capacidade de integrar compostos que mudam de fase em materiais de construção, usando um método escalonável, abre oportunidades para produzir uma regulação de temperatura mais passiva tanto em novas construções quanto em estruturas já existentes", explica a professora o Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais Emily Pentzer.

Amigo do meio ambiente

Além de consumir energia em excesso, os sistemas convencionais de aquecimento, ventilação ou ar condicionado utilizam vários produtos nocivos ao meio ambiente, ou causadores de efeito estufa, como é o caso dos gases refrigerantes usados pela indústria na geração de ar frio e seco.

Já os materiais que mudam de fase não dependem exclusivamente de uma fonte de energia externa para aquecer ou resfriar um ambiente. Para absorver calor, eles se convertem em estado líquido e mudam imediatamente para um estado sólido quando precisam liberar calorias, sem a necessidade de eletricidade para regular a temperatura.

Esquema de funcionamento dos materiais que mudam de fase (Imagem: Reprodução/Texas A&M)

Como são feitos

Para criar uma substância que muda de estado físico, podendo ser aplicada em materiais de construção, os pesquisadores usaram cera de parafina misturada com uma resina líquida especial. Esse método bloqueia as partículas dentro de bolsos individuais, permitindo a mudança de fase e o gerenciamento de energia térmica sem vazamentos.

Eles também combinaram resinas líquidas sensíveis à luz com um pó de parafina para criar um composto de tinta 3D imprimível. Esse processo de produção elimina várias etapas, incluindo a necessidade de encapsular os compostos em recipientes individuais, o que torna a aplicação em materiais de construção mais viável.

Composto de tinta 3D pode ser impresso em qualquer objeto (Imagem: Reprodução/Texas A&M)

A mistura de resina é macia, pastosa e maleável, tornando-a ideal para impressão 3D. Para deixar o composto mais resistente, os cientistas curaram a resina sensível à luz com raios ultravioleta para solidificar a pasta imprimível, sem afetar a estrutura da cera responsável pela mudança de fase do material.

Resultados

Nos testes de termorregulação, os pesquisadores usaram um modelo em forma de casa impresso em 3D que foi colocado em um forno. A análise revelou que as temperaturas do modelo diferiam em 40% — em ciclos térmicos de aquecimento e resfriamento — quando comparadas com modelos fabricados com materiais tradicionais.

Modelo em forma de casa usado nos testes de termorregulação (Imagem: Reprodução/Texas A&M)

A ideia agora é ampliar os estudos com diferentes categorias de materiais capazes de mudar de estado físico quando submetidos à variação de calor. Além da cera de parafina, os pesquisadores querem analisar outros compostos que possam operar em faixas de temperatura mais amplas e gerenciar quantidades maiores de energia térmica.

"Estamos entusiasmados com o potencial de nosso material para manter os edifícios confortáveis e, ao mesmo tempo, reduzir o consumo de energia. Podemos combinar vários materiais com diferentes temperaturas de fusão e distribuí-los com precisão em várias áreas de um único objeto impresso para funcionar em todas as estações do ano e em qualquer lugar do mundo", celebra o professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais Peiran Wei.

Fonte: Texas A&M University

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