Tryk giver den bedste afkøling

Faseovergange finder sted som varme (dvs. entropi) udveksles mellem materialer og miljø. Når sådanne processer er drevet af pres, den inducerede køleeffekt kaldes den barokaloriske effekt, som er et lovende alternativ til den konventionelle dampkompressionscyklus.

Til rigtige applikationer, det er ønskeligt for et materiale at have større entropiændringer induceret af mindre tryk. For nylig, et internationalt forskerhold ledet af prof. Li Bing fra Institute of Metal Research ved det kinesiske videnskabsakademi har fundet ud af, at en klasse af uordnede materialer kaldet plastikkrystaller udviser rekordstore barokaloriske effekter under meget svagt tryk. De typiske entropiændringer er omkring flere hundrede joule pr. kilogram pr. kelvin, hvilket er 10 gange bedre end tidligere materialer.

Ved at bruge store faciliteter i Japan og Australien, holdet afslørede, at de indgående molekyler i disse materialer er udstrakt orienteringsforstyrrede på gitterne, og disse materialer er i sig selv meget deformerbare. Som resultat, en lille mængde pres er i stand til at undertrykke den omfattende orienteringsforstyrrelse. Som resultat, trykinducerede entropiændringer opnås. Disse to fordele gør plastikkrystaller til det hidtil bedste barokaloriske materiale.

Denne forskning er den første rapport om, at entropiændringer kan overstige 100 joule pr. kilogram pr. kelvin. Det repræsenterer de bedste resultater blandt alle materialer med kalorieeffekt (barokalorisk effekt såvel som dens analoge effekter såsom magnetokalorisk, elektrokaloriske og elastokaloriske effekter), og betragtes som en milepæl.

Det mikroskopiske fysiske scenarie etableret ved hjælp af neutronspredningsteknikken er nyttigt til at designe endnu bedre materialer i fremtiden.

Hvad angår køleanvendelse, plastikkrystallerne, der er rapporteret her, er meget lovende i betragtning af, at de er rigeligt tilgængelige, miljøvenligt, letdrevet og højtydende.

Dette arbejde peger på en ny retning for nye solid-state køleteknologier.

Undersøgelsen er publiceret i Natur .