Amb la finalitat d'evitar l'ús de gasos contaminants propis dels mètodes convencionals de refredament, des de fa anys es vénen utilitzant mètodes anomenats ‘de refrigeració d’estat sòlid’. En ells se substitueix el gas d'intercanvi de calor dels mètodes convencionals per un material en estat sòlid. Sotmetent aquest material a un camp mecànic extern –per exemple, la pressió– es poden aconseguir canvis en la temperatura del mateix. Açò propiciarà la cessió o absorció de calor entre dit material i l'entorn, actuant així com a mètode de refredament. Aquest fenomen, que es coneix com a ‘efecte mecanocalòric’, era fins fa poc quatre vegades menys eficient que els mètodes convencionals de refredament.

Un gran repte per a la física és la cerca de materials amb un comportament mecanocalòric gegant, molt més potent, que augmente la viabilitat de la refrigeració d'estat sòlid i permeta que aquesta tecnologia puga erigir-se com a alternativa eficient i amigable amb el medi ambient.

L'equip en el qual participa Daniel Errandonea ja va predir en 2016 (Nano Letters 10.1021) l'ús de materials conductors d'ions, com la fluorita, per a aconseguir efectes mecanocalòrics gegants superiors als aconseguits fins llavors mitjançant materials ferroelèctrics o aliatges metàl·lics superelàstics. No obstant açò, aquest efecte es va observar a temperatures molt superiors a la temperatura ambient, concretament a 1100 K. El descobriment es va realitzar –com ara– mitjançant simulacions teòriques DFT, un mètode mecanicoquàntic emprat en física de la matèria condensada per a descriure les propietats dels materials.

En aquesta ocasió, l'equip ha descobert que els efectes mecanocalòrics gegants es poden produir sobre pel·lícules primes d'algunes famílies de conductors d'ions ràpids, com el oxiclorur de liti o el iodur de plata, un tipus abundant de materials que s'empra de manera rutinària en bateries electroquímiques.

L'article publicat a Nature Communications descriu com els científics han aconseguit rebaixar aquesta temperatura a 300 K. D'altra banda, també van determinar que l'efecte mecanocalòric observat és reversible i que la força mecanocalòrica (paràmetre que determina l'eficiència del cicle de refredament) de les pel·lícules primes de iodur de plata és comparable a la dels millors materials mecanocalòrics coneguts fins ara. Aquests resultats amplien considerablement la possibilitat d'usar pel·lícules de primes de materials superiònics en noves tecnologies de refrigeració respectuoses del medi ambient.

Els resultats publicats per Daniel Errandonea (Universitat de València), Arun K. Sagotra i Claudio Cazorla (tots dos de la University of New South Wales, Austràlia) obrin una nova i prometedora via per al disseny racional de les tecnologies de refrigeració verda, que podria ser no solament més ecològica que els mètodes de refrigeració convencional, sinó també més eficient.

El projecte compta amb el suport del Programa d'Excel·lència de la Universitat de València (UV-INV-EPC17-547792) i de MINECO (MAT2016-75586-C4-1-P).

Referència:
Efectes mecano-calòrics en pel·lícules primes superiòniques a partir de simulacions atomístiques
Arun K. Sagotra (1) Daniel Errandonea (2) and Claudio Cazorla (1)
1School of Materials Science and Engineering, UNSW Austràlia, Sydney NSW 2052, Austràlia Integrated Materials Design Centre, UNSW Austràlia, Sydney NSW 2052, Austràlia
2Departament de F´ısica Aplicada (ICMUV), Malta Consolider Team, Universitat de València, 46100 Burjassot, Spain

DOI: 10.1038/s41467-017-01081-7

Article a Nature Communications