Aprovechamiento de la luz para tecnologías de refrigeración de estado sólido de nueva generación
16/09/2024
Investigadores del Departamento de Física de la UPC presentan evidencia teórica de la existencia de efectos fotocalóricos gigantes inducidos por la absorción de luz.
El enfriamiento de estado sólido tiene el potencial de proporcionar una solución más eficiente energéticamente y respetuosa con el medio ambiente en comparación con la refrigeración tradicional, que normalmente depende de ciclos termodinámicos que utilizan gases de efecto invernadero. Sin embargo, las tecnologías de enfriamiento de estado sólido existentes, que dependen de efectos calóricos (cambios de temperatura bajo campos externos), enfrentan desafíos significativos que limitan su uso práctico en dispositivos de refrigeración cotidianos.
Un obstáculo importante es que las condiciones de temperatura para el funcionamiento deben estar muy cerca de puntos de transición de fase específicos, puntos en los que el estado de un material cambia debido a cambios de temperatura u otros factores externos. Si las condiciones se desvían de estos puntos, los campos necesarios para impulsar el efecto de enfriamiento se vuelven demasiado fuertes para ser prácticos. Desafortunadamente, estas transiciones de fase rara vez ocurren cerca de la temperatura ambiente, que es crítica para la mayoría de las aplicaciones. Además, el efecto de enfriamiento tiende a ocurrir en un rango de temperatura estrecho y disminuye rápidamente fuera de este rango.
En nuestro estudio, utilizamos técnicas de simulación avanzadas para explorar un enfoque alternativo: usar luz para impulsar transiciones de fase en materiales específicos conocidos como perovskitas de óxido polar. Estos materiales tienen propiedades únicas que les permiten experimentar transiciones de fase cuando se exponen a la luz. Descubrimos que en el caso del material ferroeléctrico KNbO₃, este proceso puede generar un gran efecto "fotocalórico", lo que significa que el material experimenta cambios significativos de temperatura (hasta 10 K) y absorción de calor (alrededor de 100 J K⁻¹ kg⁻¹) cuando se expone a la luz, en un amplio rango de temperaturas que incluye la temperatura ambiente.
Estos resultados sugieren que las transiciones de fase impulsadas por la luz podrían proporcionar una forma más flexible y eficaz de lograr un enfriamiento de estado sólido en un amplio rango de temperaturas, superando las limitaciones de los efectos calóricos tradicionales. Esperamos que este fenómeno también pueda aplicarse a otros materiales con propiedades similares, abriendo nuevas vías para el desarrollo de tecnologías de enfriamiento eficientes.
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