22/04/2016 - Materiales prometedores para la refrigeración de estado sólido

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Investigadores del Instituto de Ciencias de los Materiales de la Universitat de València (ICMUV-Parc Científic) acaban de publicar en la revista Nano Letters su predicción teórica sobre el uso de la fluorita para conseguir efectos mecanocalóricos gigantes, uno de los retos de la física de los materiales modernos. El trabajo, llevado a cabo en colaboración con la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia), abre una nueva vía para el diseño racional de las tecnologías de refrigeración verde, más ecológicas y eficientes.

Con el fin de evitar el uso de gases contaminantes propio los métodos convencionales de enfriamiento, desde hace años se vienen utilizando métodos llamados ‘de estado sólido’, que producen cambios térmicos en los materiales gracias a los denominados ‘efectos mecanocalóricos’. Sin embargo, la eficiencia de enfriamiento de estos métodos de estado sólido era hasta hace poco cuatro veces menor que la de los métodos convencionales de enfriamiento.

Por eso, un gran reto para la física de los materiales modernos es la búsqueda de materiales con un comportamiento mecanocalórico gigante, mucho más potente, que pueda erigirse como alternativa eficiente y amigable con el medio ambiente para aplicaciones de refrigeración.

Hasta el momento, estos efectos sólo se habían observado en materiales ferroeléctricos y en aleaciones metálicas superelásticas, dos tipos de materiales poco abundantes y económicamente costosos.

Los grupos de investigación de los físicos Daniel Errandonea (ICMUV, Universitat de València) y Claudio Cazorla (Escuela de Ciencias de los Materiales e Ingeniería, Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia), acaban de predecir que materiales conductores de iones, como la fluorita, podrían tener un efecto mecanocalórico mayor que los materiales ferroeléctricos, constituyendo una nueva familia de materiales prometedores para aplicaciones de refrigeración de estado sólido. Y la fluorita es un mineral muy abundante del que hay yacimientos en diversos países, incluida España.

El estudio establece las relaciones entre la tensión mecánica externa y el transporte iónico en conductores de iones como la fluorita (CaF2), utilizando métodos de dinámica molecular clásica -una técnica de simulación por computadora en la que se permite que átomos y moléculas interactúen por un período, permitiendo una visualización del movimiento de las partículas- y cálculos de mecánica cuántica.

El trabajo muestra que la presión aplicada sobre el material sirve como medio eficaz para el ajuste de la temperatura crítica en los compuestos superiónicos (conductores iónicos rápidos).

Los resultados publicados por Cazorla y Errandonea abren una nueva y prometedora vía para el diseño racional de las tecnologías de refrigeración verde, que podría ser no sólo más ecológica que los métodos de refrigeración convencional, sino también más eficiente.

Los resultados encontrados también tienen importantes implicaciones para el desarrollo de baterías de estado sólido.

Referencia del artículo:
‘Giant Mechanocaloric Effects in Fluorite-Structured Superionic Materials’
Claudio Cazorla and Daniel Errandonea
Nano Letters, 10.1021/acs.nanolett.6b00422
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b00422

Financiación:
MINECO, Proyecto: MAT2013-46649-C04-01
Además el grupo forma parte del MALTA Consolider (MAT2015-71070-REDC )
http://www.malta-consolider.com/

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ICMUV-Parc Científic

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