Des scientifiques de l'Université du Maryland (UMD) ont développé un nouveau matériau de refroidissement élastocalorique, constitué d'un alliage nickel (Ni)-titane (Ti) et sculpté par technologie additive, c'est très efficace, respectueux de l'environnement et facilement évolutif pour un usage commercial. L'étude a été publiée dans la revue Science le 29 novembre.

Technologie de refroidissement, utilisé dans les systèmes de réfrigération et de CVC dans le monde entier, est une entreprise de plusieurs milliards de dollars. Refroidissement par compression de vapeur, qui domine le marché depuis plus de 150 ans, a non seulement plafonné en termes d'efficacité, mais utilise également des réfrigérants chimiques à fort potentiel de réchauffement global (PRP). Refroidissement élastocalorique à l'état solide, où la contrainte est appliquée aux matériaux pour libérer et absorber la chaleur (latente), est en cours de développement depuis une dizaine d'années et est à l'avant-garde des technologies de refroidissement dites alternatives. Les alliages à mémoire de forme (SMA) présentent un effet de refroidissement élastocalorique significatif ; cependant, la présence d'hystérésis (travail perdu à chaque cycle et cause de la fatigue des matériaux et d'une défaillance éventuelle) reste un défi.

À cette fin, une équipe internationale de collaborateurs dirigée par l'UMD A. James Clark School of Engineering Professeur Ichiro Takeuchi a développé un matériau de refroidissement élastocalorique amélioré utilisant un mélange de métaux nickel et titane, forgé à l'aide d'une imprimante 3D, qui est non seulement potentiellement plus efficace que la technologie actuelle, mais est complètement "vert". De plus, il peut être rapidement mis à l'échelle pour une utilisation dans des appareils plus grands.

« Dans ce domaine des technologies alternatives de refroidissement, il est très important de travailler à la fois la fin des matériaux, ainsi que l'extrémité des systèmes - nous avons la chance d'avoir une équipe d'experts hautement qualifiés à l'UMD College Park pour travailler aux deux extrémités, " a déclaré le professeur Takeuchi. " Ce n'est que lorsque ces deux efforts s'alignent étroitement que vous faites des progrès rapides, ce que notre équipe a pu faire."

Comparativement parlant, il existe trois classes de technologie de refroidissement calorique :magnétocalorique, électrocaloriques et élastocaloriques, tous « verts » et sans vapeur. Magnétocalorique, le plus vieux des trois, est en développement depuis 40 ans et est sur le point d'être commercialisé.

"Le besoin de technologie additive, autrement connu sous le nom d'impression 3D, dans ce domaine est particulièrement aigu car ces matériaux jouent également le rôle d'échangeurs de chaleur, fournir un refroidissement à un milieu tel que l'eau, " dit Takeuchi.

Takeuchi développe cette technologie depuis près d'une décennie. Il a reçu le prix UMD de l'invention exceptionnelle de l'année pour cette recherche en 2010, et le refroidissement élastocalorique classé par le DOE, également connu sous le nom de refroidissement thermoélastique, N°1 en tant que technologie de refroidissement alternative « la plus prometteuse » en 2014, et c'est un pas de plus vers la commercialisation.

« La clé de cette innovation qui est fondamentale, mais pas souvent discuté, c'est que les matériaux se fatiguent - ils s'usent, " a déclaré Takeuchi. " C'est un problème quand les gens s'attendent à ce que leurs réfrigérateurs durent une décennie, ou plus. Donc, nous avons abordé le problème dans notre étude.

L'équipe a fortement testé sa création :le matériau a subi un million de cycles sur une période de quatre mois et a toujours conservé son intégrité. "Certains matériaux élastocaloriques connus commencent à montrer une dégradation du comportement de refroidissement après seulement des centaines de cycles. À notre grande surprise, le nouveau matériau que nous avons synthétisé n'a montré aucun changement après un million de cycles, " dit Hou, le premier auteur de l'ouvrage. La fabrication additive métallique qui utilise un laser pour faire fondre puis mélanger les métaux sous forme de poudre. En contrôlant l'alimentation en poudre, l'équipe a pu produire des nanocomposites qui ont donné lieu à l'intégrité mécanique robuste du matériau.