Los científicos de la Universidad de Maryland (UMD) han desarrollado un novedoso material de enfriamiento elastocalórico, compuesto por una aleación de níquel (Ni) -titanio (Ti) y esculpido con tecnología de aditivos, que es muy eficiente, ecológico y fácil de ampliar para uso comercial. El estudio fue publicado en la revista Ciencias el 29 de noviembre.

Tecnología de refrigeración, utilizado en sistemas de refrigeración y HVAC en todo el mundo, es un negocio de miles de millones de dólares. Refrigeración por compresión de vapor, que ha dominado el mercado durante más de 150 años, no solo se ha estancado en lo que respecta a la eficiencia, pero también utiliza refrigerantes químicos con alto potencial de calentamiento global (GWP). Enfriamiento elastocalórico de estado sólido, donde se aplica tensión a los materiales para liberar y absorber calor (latente), ha estado en desarrollo durante la última década y es un pionero en las llamadas tecnologías alternativas de enfriamiento. Se ha descubierto que las aleaciones con memoria de forma (SMA) muestran un efecto de enfriamiento elastocalórico significativo; sin embargo, La presencia de histéresis (trabajo perdido en cada ciclo y causa de la fatiga de los materiales y eventuales fallas) sigue siendo un desafío.

Con ese fin, un equipo internacional de colaboradores dirigido por UMD A. El profesor de la Escuela de Ingeniería James Clark, Ichiro Takeuchi, ha desarrollado un material de enfriamiento elastocalórico mejorado utilizando una mezcla de metales de níquel y titanio, forjado con una impresora 3-D, que no solo es potencialmente más eficiente que la tecnología actual, pero es completamente "verde". Es más, se puede ampliar rápidamente para su uso en dispositivos más grandes.

"En este campo de tecnologías de refrigeración alternativas, es muy importante trabajar en ambos extremos de los materiales, así como el extremo de los sistemas:tenemos la suerte de contar con un equipo de expertos altamente calificado en UMD College Park para trabajar en ambos extremos, "dijo el profesor Takeuchi." Solo cuando estos dos esfuerzos se alinean estrechamente se logra un progreso rápido, lo que nuestro equipo pudo hacer ".

Comparativamente hablando, Hay tres clases de tecnología de enfriamiento calórico:magnetocalórico, electrocalórico y elastocalórico, todos los cuales son "verdes" y sin vapor. Magnetocalórico, el mayor de los tres, ha estado en desarrollo durante 40 años y ahora está a punto de ser comercializado.

"La necesidad de tecnología aditiva, también conocida como impresión 3-D, en este campo es particularmente agudo porque estos materiales también actúan como intercambiadores de calor, entregar enfriamiento a un medio como el agua, "dijo Takeuchi.

Takeuchi ha estado desarrollando esta tecnología durante casi una década; recibió la invención excepcional del año de la UMD por esta investigación en 2010, y el DOE clasificó el enfriamiento elastocalórico, también conocido como enfriamiento termoelástico, # 1 como la tecnología de enfriamiento alternativa 'más prometedora' en 2014, y está un paso más cerca de la comercialización.

"La clave de esta innovación que es fundamental, pero no se discute a menudo, es que los materiales se fatigan, se desgastan, ", dijo Takeuchi." Este es un problema cuando la gente espera que sus refrigeradores duren una década, o más largo. Entonces, abordamos el problema en nuestro estudio ".

El equipo probó su creación en gran medida:el material se sometió a un millón de ciclos durante un período de cuatro meses y aún mantuvo su integridad. "Algunos materiales elastocalóricos conocidos comienzan a mostrar una degradación en el comportamiento de enfriamiento después de solo cientos de ciclos. Para nuestra sorpresa, el nuevo material que sintetizamos no mostró cambios después de un millón de ciclos, "dijo Hou, el primer autor de la obra. La fabricación aditiva de metales que utiliza un láser para fundir y luego mezclar metales en forma de polvo. Controlando la alimentación de polvo, el equipo pudo producir nanocomposites que dieron lugar a la robusta integridad mecánica del material.