Comparteix:

Aprofitant la Llum per a les Tecnologies de Refrigeració en Estat Sòlid de Nova Generació

16/09/2024

Investigadors del Departament de Física de la UPC presenten evidències teòriques de l'existència d'efectes fotocalòrics gegants induïts per l'absorció de llum.

La refrigeració en estat sòlid té el potencial de proporcionar una solució més eficient energèticament i respectuosa amb el medi ambient en comparació amb la refrigeració tradicional, que normalment depèn de cicles termodinàmics que utilitzen gasos d'efecte hivernacle. No obstant això, les tecnologies actuals de refrigeració en estat sòlid, que es basen en efectes calòrics (canvis de temperatura sota camps externs), s'enfronten a desafiaments significatius que limiten el seu ús pràctic en dispositius de refrigeració quotidians.

Un dels principals obstacles és que les condicions de temperatura de funcionament han d'estar molt properes als punts de transició de fase específics, és a dir, punts on l'estat d'un material canvia a causa de canvis en la temperatura o altres factors externs. Si les condicions es desvien d'aquests punts, els camps necessaris per generar l'efecte de refrigeració es tornen massa forts per ser pràctics. Malauradament, aquestes transicions de fase es produeixen rarament a prop de la temperatura ambient, que és crucial per a la majoria d'aplicacions. A més, l'efecte de refrigeració tendeix a produir-se en un rang de temperatura estret i es redueix ràpidament fora d'aquest interval.

En el nostre estudi, hem utilitzat tècniques avançades de simulació per explorar un enfocament alternatiu: l'ús de llum per provocar transicions de fase en materials específics coneguts com perovskites d'òxid polar. Aquests materials tenen propietats úniques que els permeten experimentar transicions de fase quan s'exposen a la llum. Hem descobert que en el cas del material ferroelectric KNbO₃, aquest procés pot generar un gran efecte “fotocalòric”, és a dir, el material experimenta canvis significatius de temperatura (fins a 10 K) i absorció de calor (al voltant de 100 J K⁻¹ kg⁻¹) quan s'exposa a la llum, en un ampli rang de temperatures que inclou la temperatura ambient.

Aquests resultats suggereixen que les transicions de fase induïdes per la llum podrien oferir una manera més flexible i efectiva d’aconseguir refrigeració en estat sòlid en un ampli rang de temperatures, superant les limitacions dels efectes calòrics tradicionals. Creiem que aquest fenomen també podria ser aplicable a altres materials amb propietats similars, obrint noves vies per al desenvolupament de tecnologies de refrigeració eficients.

Referència:

Rurali, Riccardo, et al. Giant photocaloric effects across a vast temperature range in ferroelectric perovskites. Physical Review Letters, 133 (11) 116401, 2024.

Keywords
r_n