Notícies
Inici  >  Notícies > Nous materials per a la refrigeració del futur

Nous materials per a la refrigeració del futur

 

 

03/12/2020

Recerca

Un equip internacional de científics de la Universitat de Barcelona, l’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) i la Universitat Tècnica de Darmstadt ha publicat un article a la revista Applied Physics Reviews en què es mostren les possibilitats d’implementar processos de refrigeració més eficients i respectuosos amb el medi ambient a partir de materials multicalòrics. Amb aquest objectiu, els investigadors van analitzar la resposta tèrmica de certs aliatges en ser sotmesos simultàniament a camps magnètics i esforços mecànics.

 

Fins ara, els investigadors estudiaven el que es coneix com a efecte magnetocalòric, que es pot observar quan certs metalls i aliatges estan exposats a un camp magnètic: els materials canvien espontàniament el seu ordre magnètic i la temperatura, i això els fa ser uns candidats prometedors per a dispositius de refrigeració magnètica. Més recentment, s’ha comprovat que podem augmentar considerablement aquest efecte en determinats materials afegint-hi simultàniament altres estímuls, com ara un camp d’esforços, o més específicament, una càrrega mecànica. Són els anomenats materials multicalòrics, dels quals ja se’n coneix una petita gamma.

L’equip que ha dut a terme aquesta recerca va seleccionar per a l’estudi un aliatge especial de níquel, manganès i indi, com un dels materials més prometedors. Es tracta d’un aliatge magnètic amb memòria de forma (shape memory). Davant un estímul extern, com ara un camp magnètic, el material es transforma d’una estructura cristal·lina a una altra, la qual cosa dona lloc a alteracions considerables en el material. «La característica especial del compost seleccionat en aquest cas és que les seves propietats magnètiques també canvien bruscament a la temperatura a la qual canvien les estructures cristal·lines. És a dir, l’estructura i el magnetisme estan fortament acoblats», explica Lluís Mañosa, catedràtic del Departament de Física de la Matèria Condensada i membre de l’Institut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB).

 

Un dispositiu de mesura a mida

Per determinar les propietats del material que són necessàries per a un procés de refredament eficient, l’equip de la Universitat de Barcelona va haver de desenvolupar primer un calorímetre únic i especialment dissenyat que permetia l’aplicació simultània d’un camp magnètic i un esforç a la mostra.

Per fer-ho, es va aprofitar un mètode ja conegut en assajos de materials i es va adaptar per als objectius d’aquest estudi, sotmetent la mostra a tensions mecàniques uniaxials. Tot i que les densitats de flux magnètic oscil·laven fins a 6 tesles (T), que és 120.000 vegades més fort que el camp magnètic de la Terra, l’esforç de compressió màxim aplicat va ser de 50 megapascals. Per a la mida de mostra donada, aquesta força correspon aproximadament a una massa de 20 quilograms.

«Això vol dir que es pot aplicar aquest tipus de força amb una sola mà. I aquest és l’aspecte decisiu per a futures aplicacions, perquè aquestes càrregues mecàniques són relativament fàcils d’implementar», apunta  Mañosa. «El nostre repte era integrar mesures precises tant de l’esforç de compressió com de la deformació en el calorímetre sense distorsionar les condicions de mesura», afegeix.

Els investigadors van registrar diversos paràmetres simultàniament —com ara el canvi de temperatura, la densitat de flux magnètic, la tensió de compressió i l’entropia de l’aliatge— durant les fases de refredament i d’escalfament programades a prop d’una temperatura específica a la qual el material donat experimenta transformacions que condueixen a un canvi de magnetització. En l’aliatge utilitzat, aquest procés es produeix al voltant de la temperatura ambient, cosa que també és avantatjosa per a aplicacions pràctiques posteriors.

Les mesures representen el comportament de la mostra en un espai de quatre dimensions. Mapar aquest espai d’una manera significativa requereix una sèrie d’experiments que donen lloc a campanyes de mesura llargues. La interacció dels diferents estímuls en materials multicalòrics no s’ha investigat gaire fins ara. L’aliatge de níquel, manganès i indi és el compost prototip més ben investigat quant a aquesta classe de materials. El catedràtic de la UB, i també membre de l’IN2UB, Antoni Planes, indica que «els resultats han demostrat que els cicles que utilitzen simultàniament esforços mecànics i camp magnètic presenten millors prestacions de cara a la refrigeració que els que només fan servir un d’aquests estímuls».

Referència de l’article:

A. Gràcia-Condal, T. Gottschall, L. Pfeuffer, O. Gutfleisch, A. Planes, L. Mañosa, «Multicaloric effects in metamagnetic heusler Ni-Mn-In under uniaxial stress and magnetic field», in Applied Physics Reviews, 2020. DOI: 10.1063/5.0020755

 

Comparteix-la a:
| Més |
  • Segueix-nos:
  • botó per accedir al facebook de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al twitter de la universitat de barcelona
  • botó per accedir a l'instagram de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al linkedin de la Universitat de Barcelona
  • botó per accedir al youtube de la universitat de barcelona
  • botó per accedir al google+ de la universitat de barcelona
  • ??? peu.flickr.alt ???
Membre de la Reconeixement internacional de l'excel·lència HR Excellence in Research logo del ∞ - League of European Research Universities logo del bkc - campus excel·lència logo del health universitat de barcelona campus

© Universitat de Barcelona