MCE :effet magnétoclaorique; ECE :effet électrocalorique; eCE :effet élastocalorique; BCE :effet barocalorique. Les cristaux plastiques identifiés dans le présent travail sont le néopentylglycol (NPG), pentaglycérine (PG), pentaérythritol (PE), 2-amino-2-méthyl-1, 3-propanediol (AMP), tris (hydroxyméthyl) aminométhane (TRIS), 2-Méthyl-2-nitro-1-propanol (MNP), 2-Nitro-2-méthyl-1, 3-propanediol (NMP). Crédit :Huang Chengyu
Les transitions de phase ont lieu sous forme de chaleur (c'est-à-dire, entropie) est échangée entre les matériaux et l'environnement. Lorsque de tels processus sont entraînés par la pression, l'effet de refroidissement induit est appelé effet barocalorique, qui est une alternative prometteuse au cycle conventionnel de compression de vapeur.
Pour les applications réelles, il est souhaitable qu'un matériau ait des changements d'entropie plus importants induits par une pression plus faible. Récemment, une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Li Bing de l'Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences a découvert qu'une classe de matériaux désordonnés appelés cristaux de plastique présentait des effets barocaloriques record sous une très faible pression. Les changements d'entropie typiques sont d'environ plusieurs centaines de joules par kilogramme par kelvin, ce qui est 10 fois meilleur que les matériaux précédents.
En utilisant des installations à grande échelle au Japon et en Australie, l'équipe a révélé que les molécules constitutives de ces matériaux sont fortement désordonnées d'orientation sur les réseaux et que ces matériaux sont intrinsèquement très déformables. Par conséquent, une infime quantité de pression est capable de supprimer le trouble d'orientation étendu. Par conséquent, des changements d'entropie induits par la pression sont obtenus. Ces deux mérites font des cristaux de plastique le meilleur matériau barocalorique à ce jour.
Cette recherche est le premier rapport que les changements d'entropie peuvent dépasser 100 joules par kilogramme par kelvin. Il représente les meilleurs résultats parmi tous les matériaux à effet calorique (effet barocalorique ainsi que ses effets analogues tels que le magnétocalorique, effets électrocaloriques et élastocaloriques), et est considéré comme un jalon.
(une). L'entropie induite par la pression change en fonction de la température sous différentes pressions. (b). Diagrammes de diffraction des rayons X, montrant une transition de phase induite par la pression. (c, ré). Spectres de diffusion de neutrons, montrant que la pression supprime le signal quasi-élastique provenant du désordre d'orientation moléculaire. (e, f) Instantanés structurels des simulations de dynamique moléculaire, où la pression aligne les molécules. Crédit :Huang Chengyu
Le scénario physique microscopique établi à l'aide de la technique de diffusion des neutrons est utile pour concevoir des matériaux encore meilleurs à l'avenir.
En ce qui concerne l'application de réfrigération, les cristaux de plastique rapportés ici sont très prometteurs étant donné qu'ils sont disponibles en abondance, écologique, facile à conduire et performant.
Ce travail indique une nouvelle direction pour les technologies émergentes de réfrigération à semi-conducteurs.
Diagramme schématique du cycle de réfrigération basé sur les effets barocaloriques. Crédit :Huang Chengyu
L'étude est publiée dans La nature .
