Bomberos entrando en edificios en llamas, los atletas que compiten bajo el sol abrasador y los trabajadores de las fundiciones pueden eventualmente llevar los suyos, unidades de refrigeración ligeras con ellas, gracias a una matriz de nanocables que se enfría, según los investigadores de materiales de Penn State.

"La mayoría de los materiales cerámicos electrocalóricos contienen plomo, "dijo Qing Wang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales. "Tratamos de no usar plomo. Los sistemas de enfriamiento convencionales usan refrigerantes que también pueden ser problemáticos para el medio ambiente. Nuestra matriz de nanocables puede enfriarse sin estos problemas".

Los materiales electrocalóricos son materiales nanoestructurados que muestran un cambio de temperatura reversible bajo un campo eléctrico aplicado. Los materiales electrocalóricos disponibles anteriormente eran monocristales, cerámica a granel o películas delgadas de cerámica que podrían enfriarse, pero son limitados porque son rígidos, frágil y tiene poca procesabilidad. Los polímeros ferroeléctricos también pueden enfriar, pero el campo eléctrico necesario para inducir el enfriamiento está por encima del límite de seguridad para los humanos.

Wang y su equipo buscaron crear un material de nanocables que fuera flexible, Fácil de fabricar y respetuoso con el medio ambiente y podría enfriarse con un campo eléctrico seguro para uso humano. Tal material podría algún día incorporarse al equipo de extinción de incendios, uniformes deportivos u otros dispositivos portátiles. Informan sus resultados en una edición reciente de Materiales avanzados .

Su matriz de nanocables de titanato de estroncio de bario ferroeléctrico alineado verticalmente puede enfriar alrededor de 5.5 grados Fahrenheit usando 36 voltios, un nivel de campo eléctrico seguro para los humanos. Una batería de 500 gramos del tamaño de un iPad podría alimentar el material durante aproximadamente dos horas.

Los investigadores cultivan el material en dos etapas. Primero, Los nanocables de dióxido de titanio se cultivan sobre vidrio recubierto de óxido de estaño dopado con flúor. Los investigadores usan una plantilla para que todos los nanocables crezcan perpendiculares a la superficie del vidrio y a la misma altura. Luego, los investigadores infunden iones de bario y estroncio en los nanocables de dióxido de titanio.

Los investigadores aplican una nanohoja de plata a la matriz para que sirva como electrodo.

Pueden mover este bosque de nanocables del sustrato de vidrio a cualquier sustrato que deseen, incluida la tela de la ropa, utilizando una cinta adhesiva.

"Este bajo voltaje es lo suficientemente bueno para un ejercicio modesto y el material es flexible, ", dijo Wang." Ahora tenemos que diseñar un sistema que pueda enfriar a una persona y eliminar el calor generado en el enfriamiento del área inmediata ".

Este sistema de enfriamiento personal de estado sólido puede convertirse algún día en la norma porque no requiere la regeneración de refrigerantes con potencial de agotamiento del ozono y calentamiento global y podría ser liviano y flexible.