Vés al contingut (premeu Retorn)

Descobert un component amb transició d’spin per refrigeració d’estat sòlid

Investigadors del Grup de Caracterització de Materials del Departament de Física de la UPC juntament amb col·laboradors internacionals han descobert un compost amb transició d’spin que experimenta una resposta tèrmica gegant impulsada per la pressió. Aquest treball, publicat a Advanced Materials, obre les portes a explotar aquest tipus de compostos en futures tecnologies de refrigeració en estat sòlid com a alternativa als mètodes actuals que utilitzen fluids nocius per al medi ambient
Descobert un component amb transició d’spin per refrigeració d’estat sòlid
Esquerra: mol·lècula de Fe3(bntrz)6(tcnset)6, on bntrz = 4-(benzyl)-1,2,4-triazole i tcnset = 1,1,3,3-tetracyano-2-thioethylepropenide. Centre: configuracions electròniques d’spin alt i spin baix. Dreta: canvis d’entropia isoterms (dalt) i canvis de temperatura adiabàtics (baix) sota canvis de pressió de 0.55 i 2.60 kbar, respectivament

L’intercanvi de calor latent en transicions líquid-vapor controlat per pressió és la base dels mètodes de refrigeració actuals, però els fluids que s’hi utilitzen plantegen un greu problema ambiental a causa del seu enorme potencial d’efecte hivernacle. S'han proposat alternatives respectuoses amb el medi ambient basades en transicions de fase de primer ordre en l’estat sòlid, però la manca de materials adequats limita la seva implementació. Un dels principals problemes és la histèresi de transició, que pot dificultar la ciclabilitat de la resposta tèrmica i augmentar el treball necessari per dur a terme el cicle. Recentment, investigadors de la UPC, la Universitat de Barcelona, la Universitat Anakara (Turquia), la Universitat de Ciència i Tecnologia de Pequín (Xina), la Universitat Estatal de Florida (EUA), el Laboratori Nacional d’Alt Camp Magnètic (EUA) i el sincrotró ALBA-Cells (Espanya) han revelat un canvi tèrmic gegant associat a una transició d’spin que es pot conduir reversiblement sota canvis de pressió moderats gràcies a una histèresi de transició inusualment petita.

En particular, aquest compost és un material molecular que conté un complex trinuclear de metalls de transició que pateix una transició brusca d’spin d'un estat en què els tres centres FeII es troben en la configuració electrònica d’alt spin (S = 2) i un estat en què es troben a la configuració electrònica d’spin baix (S = 0). Els grans canvis de volum i entropia que es produeixen a la transició donen una sensibilitat de la temperatura de transició a la pressió d’uns ~25 K kbar-1 prop de la temperatura ambient. Al seu torn, aquestes característiques de transició, juntament amb una histèresi estreta de ~2 K, permeten que canvis de pressió de 0.55 i 2.6 kbar, respectivament, produeixin canvis d’entropia isotèrmica de 80 J K-1 kg-1 i 120 J K-1 kg-1 i canvis de temperatura adiabàtics de 10 K i 35 K. Aquest conjunt de valors reversibles es troben entre els valors més alts reportats per a qualsevol material fins ara. El nostre estudi pot inspirar el desenvolupament de futurs dispositius de refrigeració barocalòrica d’estat sòlid respectuosos amb el medi ambient.

Aquest treball s’ha publicat a Advanced Materials amb la referència:

 M. Romanini, Y. Wang, K. Gurpinar, G. Ornelas, P. Lloveras, Y. Zhang, W. Zheng, M. Barrio, A. Aznar, A. Gràcia-Condal, B. Emre, O. Atakol, C. Popescu, H. Zhang, Y. Long, L. Balicas, J. Ll. Tamarit, A. Planes, M. Shatruk, L. Manosa, Giant and Reversible Barocaloric Effect in Trinuclear Spin-Crossover Complex Fe3(bntrz)6(tcnset)6, Advanced Materials, 33, 2008076 (2021)

arxivat sota: