Le tissu électrocalorique à matrice de nanofils placé sur un substrat flexible est flexible. Crédit :Qing Wang, État de Pennsylvanie
Les pompiers pénètrent dans des bâtiments en feu, les athlètes concourent sous un soleil de plomb et les ouvriers des fonderies pourront éventuellement porter les leurs, unités de refroidissement légères avec eux, grâce à un réseau de nanofils qui refroidit, selon les chercheurs en matériaux de Penn State.
"La plupart des matériaux céramiques électrocaloriques contiennent du plomb, " a déclaré Qing Wang, professeur de science et ingénierie des matériaux. "Nous essayons de ne pas utiliser de plomb. Les systèmes de refroidissement conventionnels utilisent des liquides de refroidissement qui peuvent également être problématiques pour l'environnement. Notre réseau de nanofils peut refroidir sans ces problèmes."
Les matériaux électrocaloriques sont des matériaux nanostructurés qui présentent un changement de température réversible sous un champ électrique appliqué. Les matériaux électrocaloriques disponibles auparavant étaient des monocristaux, céramiques en vrac ou couches minces de céramique qui pourraient refroidir, mais sont limités car rigides, fragiles et ont une mauvaise aptitude au traitement. Les polymères ferroélectriques peuvent également refroidir, mais le champ électrique nécessaire pour induire le refroidissement est supérieur à la limite de sécurité pour les humains.
Wang et son équipe ont cherché à créer un matériau de nanofil flexible, facile à fabriquer et respectueux de l'environnement et pourrait refroidir avec un champ électrique sans danger pour l'usage humain. Un tel matériau pourrait un jour être incorporé dans les équipements de lutte contre l'incendie, uniformes de sport ou autres vêtements. Ils rapportent leurs résultats dans un récent numéro de Matériaux avancés .
Les minuscules fils du réseau de nanofils se forment sur un gabarit afin qu'ils soient uniformes. Crédit :Qing Wang, État de Pennsylvanie
Leur réseau de nanofils de titanate de baryum et de strontium ferroélectrique aligné verticalement peut refroidir à environ 5,5 degrés Fahrenheit en utilisant 36 volts, un niveau de champ électrique sans danger pour les humains. Une batterie de 500 grammes de la taille d'un IPad peut alimenter le matériel pendant environ deux heures.
Les chercheurs cultivent le matériau en deux étapes. D'abord, des nanofils de dioxyde de titane sont développés sur du verre revêtu d'oxyde d'étain dopé au fluor. Les chercheurs utilisent un gabarit pour que tous les nanofils se développent perpendiculairement à la surface du verre et à la même hauteur. Ensuite, les chercheurs infusent des ions baryum et strontium dans les nanofils de dioxyde de titane.
Les chercheurs appliquent une nanofeuille d'argent au réseau pour servir d'électrode.
Ils peuvent déplacer cette forêt de nanofils du substrat de verre vers n'importe quel substrat de leur choix, y compris le tissu de vêtements, à l'aide d'un ruban adhésif.
"Cette basse tension est assez bonne pour un exercice modeste et le matériau est flexible, ", a déclaré Wang. "Maintenant, nous devons concevoir un système capable de refroidir une personne et d'éliminer la chaleur générée par le refroidissement de la zone immédiate."
Ce système de refroidissement personnel à semi-conducteurs pourrait un jour devenir la norme car il ne nécessite pas de régénération des liquides de refroidissement avec un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone et de réchauffement climatique et pourrait être léger et flexible.
