MCE:efecto magnetoclaórico; ECE:efecto electrocalórico; eCE:efecto elastocalórico; AEC:efecto barocalórico. Los cristales plásticos identificados en el presente trabajo son neopentilglicol (NPG), pentaglicerina (PG), pentaeritritol (PE), 2-amino-2-metil-1, 3-propanodiol (AMP), tris (hidroximetil) aminometano (TRIS), 2-metil-2-nitro-1-propanol (MNP), 2-nitro-2-metil-1, 3-propanodiol (NMP). Crédito:Huang Chengyu
Las transiciones de fase tienen lugar como calor (es decir, entropía) se intercambia entre los materiales y el medio ambiente. Cuando tales procesos son impulsados por la presión, el efecto de enfriamiento inducido se llama efecto barocalórico, que es una alternativa prometedora al ciclo de compresión de vapor convencional.
Para aplicaciones reales, es deseable que un material tenga cambios de entropía mayores inducidos por una presión menor. Recientemente, un equipo de investigación internacional dirigido por el profesor Li Bing del Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias ha descubierto que una clase de materiales desordenados llamados cristales plásticos exhibe efectos barocalóricos récord bajo una presión muy débil. Los cambios de entropía típicos son de varios cientos de julios por kilogramo por kelvin, que es 10 veces mejor que los materiales anteriores.
Utilizando instalaciones a gran escala en Japón y Australia, el equipo reveló que las moléculas constituyentes de estos materiales están muy desordenadas en la orientación de las celosías y estos materiales son intrínsecamente muy deformables. Como resultado, una pequeña cantidad de presión puede suprimir el extenso desorden de orientación. Como resultado, Se obtienen cambios de entropía inducidos por la presión. Estos dos méritos hacen de los cristales de plástico el mejor material barocalórico hasta ahora.
Esta investigación es el primer informe de que los cambios de entropía pueden superar los 100 julios por kilogramo por kelvin. Representa los mejores resultados entre todos los materiales de efecto calórico (efecto barocalórico así como sus efectos análogos como el magnetocalórico, efectos electrocalóricos y elastocalóricos), y se considera un hito.
(a). La entropía inducida por presión cambia en función de la temperatura bajo presiones variables. (B). Patrones de difracción de rayos X, mostrando una transición de fase inducida por la presión. (C, D). Espectros de dispersión de neutrones, mostrando que la presión suprime la señal cuasi elástica que se origina en el desorden de orientación molecular. (mi, f) Instantáneas estructurales de simulaciones de dinámica molecular, donde la presión alinea las moléculas. Crédito:Huang Chengyu
El escenario físico microscópico establecido mediante la técnica de dispersión de neutrones es útil para diseñar materiales aún mejores en el futuro.
En lo que respecta a la aplicación de refrigeración, los cristales de plástico que se describen aquí son muy prometedores dado que están disponibles en abundancia, Amigable con el medio ambiente, fácil de manejar y de alto rendimiento.
Este trabajo apunta a una nueva dirección para las tecnologías emergentes de refrigeración de estado sólido.
Diagrama esquemático del ciclo de refrigeración basado en efectos barocalóricos. Crédito:Huang Chengyu
El estudio se publica en Naturaleza .
