Passive daytime radiative coolers based on anodic aluminium oxide nanostructures

• Autores: Alba Díaz Lobo
• Directores de la Tesis: María Cristina Vicente Manzano (dir. tes.), Maribel González Martín (dir. tes.), Alejandro Francisco Braña de Cal (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 222
• Tribunal Calificador de la Tesis: Eva M. Pellicer Vilà (presid.), Célia Tavares de Sousa (secret.), Albert Oriol Castell Casol (voc.), Pedro David García Fernández (voc.), Jaime Martín Pérez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Materiales Avanzados y Nanotecnologías
• Calificación: Sobresaliente Cum Laude
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • El avance del calentamiento global dibuja un panorama preocupante, marcado por el deshielo de los glaciares, la pérdida de biodiversidad, y una creciente crisis energética a nivel mundial. En respuesta, han surgido numerosas iniciativas para combatir el cambio climático, centradas en la transición hacia fuentes de energía renovables y en mejorar la eficiencia energética. Sin embargo, un futuro energético sostenible también debe incluir estrategias de ahorro y aprovechamiento energético. En este contexto, el enfriamiento radiativo pasivo se ha consolidado durante la última década como una tecnología prometedora, capaz de disipar calor hacia el espacio sin aporte energético. Aunque esta tecnología se encuentra aún en un estado temprano de desarrollo, tiene un gran potencial para disminuir la demanda energética destinada a refrigeración de edificios, centros de computación, vehículos, almacenes o dispositivos electrónicos. En esta Tesis se aborda el estudio y desarrollo de enfriadores radiativos pasivos utilizando nanoestructuras de óxido de aluminio anodizado (alúmina), fabricadas a partir de la anodización del aluminio. Este trabajo investiga la relación entre la potencia de enfriamiento, las propiedades ópticas y la morfología de las nanoestructuras de alúmina. Las principales contribuciones incluyen: El análisis de la capacidad de enfriamiento radiativo: incluyendo cálculos de la potencia de enfriamiento y de la reducción de temperatura máximas alcanzables con diversas nanoestructuras de alúmina, incluyendo distintas alúminas sobre un sustrato de aluminio, nanoestructuras con distintos recubrimientos metálicos y varios espesores, y diversas nanoestructuras tridimensionales (alúmina 3D). Se desarrolló un sistema experimental específico para medir las variaciones de temperatura de las nanoestructuras en condiciones reales, exponiendo a las alúminas a cielo abierto y luz solar directa. Adicionalmente, los resultados obtenidos con un sistema de caracterización en interior reforzaron las conclusiones previas. El análisis de las propiedades ópticas de estas nanoestructuras, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio, con especial énfasis en la ventana atmosférica (8 a 13 μm). Se midió la reflectancia, la transmitancia, la emisividad/absorbancia, y las variaciones en la polarización, a fin de esclarecer cómo la morfología y la estructura química de las nanoestructuras influyen en su capacidad de refrigerar pasivamente. Un estudio sistemático de cómo la estructura porosa y las bandas de absorción en el infrarrojo medio afectan la emisividad de las nanoestructuras de alúmina desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio, considerando sistemáticamente cada parámetro morfológico. Los resultados obtenidos proporcionan una visión amplia y precisa de la aplicabilidad en la vida real, las ventajas y las limitaciones de las nanoestructuras de alúmina como enfriador radiativo pasivo. Dado que la anodización del aluminio es un proceso ampliamente establecido en la industria, la escalabilidad y la viabilidad de la fabricación de estas nanoestructuras las dota de gran potencial para el desarrollo de enfriadores radiativos pasivos. Los resultados presentados en esta tesis reflejan la vanguardia de la investigación en enfriadores radiativos pasivos de alúmina nanoporosa, y contribuyen a trazar un camino hacia un uso de la energía más respetuoso con el medio ambiente