MCE:efeito magnetoclaórico; ECE:efeito eletrocalórico; eCE:efeito elastocalórico; BCE:efeito barocalórico. Os cristais plásticos identificados no presente trabalho são 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
As transições de fase ocorrem como calor (ou seja, entropia) é trocada entre os materiais e o ambiente. Quando esses processos são movidos por pressão, o efeito de resfriamento induzido é chamado de efeito barocalórico, que é uma alternativa promissora ao ciclo de compressão de vapor convencional.
Para aplicações reais, é desejável que um material tenha mudanças de entropia maiores induzidas por pressão menor. Recentemente, uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo Prof. Li Bing do Instituto de Pesquisa de Metal da Academia Chinesa de Ciências descobriu que uma classe de materiais desordenados chamados cristais plásticos exibe efeitos barocalóricos recorde sob pressão muito fraca. As mudanças típicas de entropia são cerca de várias centenas de joules por quilograma por Kelvin, que é 10 vezes melhor do que os materiais anteriores.
Usando instalações de grande escala no Japão e na Austrália, a equipe revelou que as moléculas constituintes desses materiais são extensivamente orientacionalmente desordenadas nas redes e esses materiais são intrinsecamente muito deformáveis. Como resultado, uma pequena quantidade de pressão é capaz de suprimir o extenso distúrbio de orientação. Como resultado, são obtidas mudanças de entropia induzidas por pressão. Esses dois méritos fazem dos cristais plásticos o melhor material barocalórico até agora.
Esta pesquisa é o primeiro relatório de que as mudanças de entropia podem exceder 100 joules por quilograma por kelvin. Representa os melhores resultados entre todos os materiais de efeito calórico (efeito barocalórico, bem como seus efeitos análogos, como o magnetocalórico, efeitos eletrocalóricos e elastocalóricos), e é considerado um marco.
(uma). A entropia induzida por pressão muda em função da temperatura sob pressões variáveis. (b). Padrões de difração de raios-X, mostrando uma transição de fase induzida por pressão. (c, d). Espectros de espalhamento de nêutrons, exibir que a pressão suprime o sinal quase elástico originado do distúrbio de orientação molecular. (e, f) Instantâneos estruturais de simulações de dinâmica molecular, onde a pressão alinha as moléculas. Crédito:Huang Chengyu
O cenário físico microscópico estabelecido usando a técnica de espalhamento de nêutrons é útil para projetar materiais ainda melhores no futuro.
No que diz respeito à aplicação de refrigeração, os cristais de plástico aqui relatados são muito promissores, visto que estão disponíveis em abundância, ambientalmente amigável, facilmente conduzido e de alto desempenho.
Este trabalho aponta para uma nova direção para tecnologias emergentes de refrigeração de estado sólido.
Diagrama esquemático do ciclo de refrigeração baseado nos efeitos barocalóricos. Crédito:Huang Chengyu
O estudo é publicado em Natureza .
