Pesquisadores da China criaram um sistema de resfriamento de estado sólido baseado em um princípio incomum. Em vez dos elementos Peltier ineficientes, mas familiares, eles conseguiram resfriar um corpo sólido usando um campo elétrico aplicado a ele. A transição para um novo princípio de resfriamento ajudará a reduzir os gigantescos custos de resfriamento em todo o mundo, que hoje consomem até 20% da eletricidade mundial.
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Estritamente falando, o método de resfriamento colocando um corpo sólido em um campo magnético não foi inventado hoje. Os cientistas descobriram há muito tempo o chamado efeito calórico, um caso especial do qual é a diminuição da temperatura de certos materiais quando colocados em um forte campo magnético. Existem dois problemas principais neste caso: a necessidade de campos muito fortes de 2 T e acima, bem como a dificuldade em encontrar materiais que sejam efetivamente resfriados à temperatura ambiente.
Um dos materiais promissores com a manifestação do efeito calórico é o composto Mn3SnC, que, aliás, pertence à classe dos minerais perovskita. Infelizmente, o material exibe um efeito calórico significativo apenas quando exposto a um campo magnético com indução magnética superior a 2 T. A tecnologia funciona, mas dada a necessidade de ímãs permanentes poderosos como parte de uma unidade de refrigeração, continua impraticável. Os pesquisadores chineses contornaram graciosamente esse ponto, fornecendo a pressão necessária sobre a estrutura Mn3SnC (deformação) usando um campo elétrico, não um campo magnético, e não diretamente, mas indiretamente.
Uma equipe da Universidade de Tecnologia de Xangai, Instituto de Microsistemas e Tecnologia da Informação de Xangai, Universidade da Academia Chinesa de Ciências e Universidade Jiaotong de Pequim eliminou a necessidade de ímãs combinando uma camada Mn3SnC com uma camada piezoelétrica de titanato de zirconato de chumbo (PZT). O componente piezoelétrico responde facilmente a campos elétricos bastante fracos, mas o efeito da camada Mn3SnC conectada mecanicamente a ele é comparável ao efeito no material de um campo magnético com uma indução de mais de 3 T. O elemento piezoelétrico se deforma e causa deformação da camada de Mn3SnC conectada mecanicamente a ele (no experimento, ele a esticou), que começa a resfriar e resfriar o sistema.
À esquerda está o desenho da instalação, no centro está a mudança na temperatura do corpo sob a influência de um campo magnético e à direita está a mudança de temperatura durante a deformação do corpo (alongamento). Fonte da imagem: Acta Materialia
No futuro, um refrigerante sólido pode substituir não apenas os elementos Peltier, que são amplamente utilizados em sistemas de resfriamento eletrônicos na indústria aeroespacial e além, mas também pode substituir o resfriamento por compressão de vapor tradicional em refrigeradores e condicionadores de ar. Os cientistas ainda estão longe de recomendações práticas, mas pretendem seguir o caminho de “esverdear” a indústria de refrigeração. Os dados da pesquisa, acrescentamos, são publicados na revista Acta Materialia.