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Descubierto un compuesto con transición de spin para refrigeración de estado sólido

Investigadores del Grupo de Caracterización de Materiales del Departamento de Física de la UPC junto con colaboradores internacionales han descubierto un compuesto con transición de spin que experimenta una respuesta térmica gigante impulsada por la presión. Este trabajo, publicado en Advanced Materials, abre las puertas a explotar este tipo de compuestos en futuras tecnologías de refrigeración en estado sólido como alternativa a los métodos actuales que utilizan fluidos nocivos para el medio ambiente
Descubierto un compuesto con transición de spin para refrigeración de estado sólido
Izquierda: molécula de Fe3(bntrz)6(tcnset)6, donde bntrz = 4-(benzyl)-1,2,4-triazole y tcnset = 1,1,3,3-tetracyano-2-thioethylepropenide. Centro: configuraciones electrónicas de spin alto y spin bajo. Derecha: cambios de entropía isotermos (arriba) y cambios de temperatura adiabáticos (abajo) bajo cambios de presión de 0.55 y 2.60 kbar, respectivamente

El intercambio de calor latente en transiciones líquido-vapor controlado por presión es la base de los métodos de refrigeración actuales, pero los fluidos que se utilizan plantean un grave problema ambiental debido a su enorme potencial de efecto invernadero. Se han propuesto alternativas respetuosas con el medio ambiente basadas en transiciones de fase de primer orden en el estado sólido, pero la falta de materiales adecuados limita su implementación. Uno de los principales problemas es la histéresis de transición, que puede dificultar la ciclabilidad de la respuesta térmica y aumentar el trabajo necesario para llevar a cabo el ciclo. Recientemente, investigadores de la UPC, la Universidad de Barcelona, la Universidad Anakaris (Turquía), la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pekín (China), la Universidad Estatal de Florida (EE.UU.), el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (EE.UU.) y el sincrotrón ALBA-Cells (España) han revelado un cambio térmico gigante asociado a una transición de spin que se puede conducir reversiblemente bajo cambios de presión moderados gracias a una histéresis de transición inusualmente pequeña.

En particular, este compuesto es un material molecular que contiene un complejo trinuclear de metales de transición que sufre una transición brusca de spin de un estado en el que los tres centros FeII se encuentran en la configuración electrónica de alto spin (S = 2) y un estado en que se encuentran en la configuración electrónica de spin bajo (S = 0). Los grandes cambios de volumen y entropía que se producen en la transición dan una sensibilidad de la temperatura de transición a la presión de unos ~ 25 K kbar-1 cerca de la temperatura ambiente. A su vez, estas características de transición, junto con una histéresis estrecha de ~2 K, permiten que cambios de presión 0.55 y 2.6 kbar, respectivamente, produzcan cambios de entropía isotermos de 80 J K-1 kg-1 y 120 J K-1 kg-1 y cambios de temperatura adiabáticos de 10 K y 35 K. Este conjunto de valores reversibles se encuentran entre los valores más altos reportados para cualquier material hasta ahora. Nuestro estudio puede inspirar el desarrollo de futuros dispositivos de refrigeración barocalórico de estado sólido respetuosos con el medio ambiente.

Este trabajo se ha publicado en Advanced Materials con la referencia:

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)

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