MCE:effetto magnetoclaorico; ECE:effetto elettrocalorico; eCE:effetto elastocalorico; aC:effetto barocalorico. I cristalli di plastica identificati nel presente lavoro sono neopentilglicole (NPG), pentaglicerina (PG), pentaeritritolo (PE), 2-ammino-2-metil-1, 3-propandiolo (AMP), tris (idrossimetil) aminometano (TRIS), 2-metil-2-nitro-1-propanolo (MNP), 2-nitro-2-metil-1, 3-propandiolo (NMP). Attestazione:Huang Chengyu
Le transizioni di fase avvengono sotto forma di calore (cioè, entropia) viene scambiata tra i materiali e l'ambiente. Quando tali processi sono guidati dalla pressione, l'effetto di raffreddamento indotto è chiamato effetto barocalorico, che è una promettente alternativa al ciclo convenzionale a compressione di vapore.
Per applicazioni reali, è desiderabile che un materiale abbia maggiori variazioni di entropia indotte da una pressione minore. Recentemente, un gruppo di ricerca internazionale guidato dal Prof. Li Bing dell'Istituto di ricerca sui metalli dell'Accademia cinese delle scienze ha scoperto che una classe di materiali disordinati chiamati cristalli di plastica mostra effetti barocalorici record sotto una pressione molto debole. I tipici cambiamenti di entropia sono di circa diverse centinaia di joule per chilogrammo per kelvin, che è 10 volte migliore dei materiali precedenti.
Utilizzando strutture su larga scala in Giappone e Australia, il team ha rivelato che le molecole costituenti di questi materiali sono ampiamente disordinate orientativamente sui reticoli e questi materiali sono intrinsecamente molto deformabili. Di conseguenza, una piccola quantità di pressione è in grado di sopprimere l'esteso disturbo orientativo. Di conseguenza, si ottengono variazioni di entropia indotte dalla pressione. Questi due pregi fanno dei cristalli di plastica il miglior materiale barocalorico finora.
Questa ricerca è il primo rapporto che i cambiamenti di entropia possono superare i 100 joule per chilogrammo per kelvin. Rappresenta il miglior risultato tra tutti i materiali ad effetto calorico (effetto barocalorico così come i suoi effetti analoghi come il magnetocalorico, effetti elettrocalorici ed elastocalorici), ed è considerato una pietra miliare.
(un). L'entropia indotta dalla pressione cambia in funzione della temperatura al variare della pressione. (B). Modelli di diffrazione dei raggi X, mostra una transizione di fase indotta dalla pressione. (C, D). Spettri di diffusione di neutroni, mostrando che la pressione sopprime il segnale quasi elastico originato dal disturbo molecolare orientativo. (e, f) Istantanee strutturali di simulazioni di dinamica molecolare, dove la pressione allinea le molecole. Attestazione:Huang Chengyu
Lo scenario fisico microscopico stabilito utilizzando la tecnica dello scattering di neutroni è utile per progettare materiali ancora migliori in futuro.
Per quanto riguarda le applicazioni di refrigerazione, i cristalli di plastica qui riportati sono molto promettenti visto che sono abbondantemente disponibili, ecologico, facile da guidare e ad alte prestazioni.
Questo lavoro indica una nuova direzione per le tecnologie emergenti di refrigerazione a stato solido.
Schema schematico del ciclo frigorifero basato sugli effetti barocalorici. Attestazione:Huang Chengyu
Lo studio è pubblicato su Natura .
