Cientistas da Universidade de Maryland (UMD) desenvolveram um novo material de resfriamento elastocalórico, composto de uma liga de níquel (Ni) -titânio (Ti) e esculpido usando tecnologia de aditivos, isso é altamente eficiente, ecologicamente correto e facilmente escalável para uso comercial. O estudo foi publicado na revista Ciência em 29 de novembro.

Tecnologia de refrigeração, usado em sistemas de refrigeração e HVAC em todo o mundo, é um negócio de bilhões de dólares. Resfriamento por compressão de vapor, que dominou o mercado por mais de 150 anos, não só se estabilizou no que diz respeito à eficiência, mas também usa refrigerantes químicos com alto potencial de aquecimento global (GWP). Resfriamento elastocalórico de estado sólido, onde o estresse é aplicado aos materiais para liberar e absorver o calor (latente), tem estado em desenvolvimento na última década e é um líder nas chamadas tecnologias de refrigeração alternativas. As ligas com memória de forma (SMAs) apresentam um efeito de resfriamento elastocalórico significativo; Contudo, presença de histerese - trabalho perdido em cada ciclo e causa da fadiga dos materiais e eventual falha - permanece um desafio.

Para esse fim, uma equipe internacional de colaboradores liderada por UMD A. James Clark, Professor da Escola de Engenharia Ichiro Takeuchi, desenvolveu um material de resfriamento elastocalórico aprimorado usando uma mistura de metais de níquel e titânio, forjado usando uma impressora 3-D, que não é apenas potencialmente mais eficiente do que a tecnologia atual, mas é completamente 'verde'. Além disso, ele pode ser rapidamente ampliado para uso em dispositivos maiores.

“Neste campo de tecnologias alternativas de refrigeração, é muito importante trabalhar tanto no lado dos materiais, bem como a extremidade dos sistemas - temos a sorte de ter uma equipe altamente qualificada de especialistas no UMD College Park para trabalhar em ambas as extremidades, "disse o professor Takeuchi." É apenas quando esses dois esforços se alinham que você faz um progresso rápido, que nossa equipe foi capaz de fazer. "

Falando comparativamente, existem três classes de tecnologia de resfriamento calórico - magnetocalórica, eletrocalórico e elastocalórico - todos 'verdes' e sem vapor. Magnetocalórica, o mais velho dos três, está em desenvolvimento há 40 anos e só agora está prestes a ser comercializado.

"A necessidade de tecnologia aditiva, também conhecido como impressão 3-D, neste campo é particularmente agudo porque esses materiais também atuam como trocadores de calor, entregando resfriamento a um meio como água, "disse Takeuchi.

Takeuchi vem desenvolvendo essa tecnologia há quase uma década - ele recebeu o UMD Outstanding Invention of the Year por esta pesquisa em 2010, e o DOE classificou o resfriamento elastocalórico, também conhecido como resfriamento termoelástico, Nº 1 como a tecnologia alternativa de resfriamento 'mais promissora' em 2014 - e está um passo mais perto da comercialização.

“A chave para esta inovação que é fundamental, mas não é frequentemente discutido, é que a fadiga dos materiais - eles se desgastam, "disse Takeuchi." Este é um problema quando as pessoas esperam que suas geladeiras durem uma década, ou mais. Então, abordamos o problema em nosso estudo. "

A equipe testou sua criação intensamente - o material passou por um milhão de ciclos em um período de quatro meses e ainda manteve sua integridade. "Alguns materiais elastocalóricos conhecidos começam a apresentar degradação no comportamento de resfriamento após apenas centenas de ciclos. Para nossa surpresa, o novo material que sintetizamos não mostrou nenhuma mudança após um milhão de ciclos, "disse Hou, o primeiro autor da obra. A manufatura aditiva de metal que usa um laser para derreter e então misturar metais na forma de pó. Ao controlar a alimentação do pó, a equipe conseguiu produzir nanocompósitos que deram origem à robusta integridade mecânica do material.