Refrigerazione alternativa, una nuova via?

Le variazioni indotte dalla applicazione di pressione su cristalli plastici (Credits: Nature)

Le tecnologie di refrigerazione convenzionali si basano su cicli in cui i gas refrigeranti vengono alternativamente compressi ed espansi. Le problematiche legate a questi processi sono note e tra esse oggi più che mai si pone l’attenzione al fluido refrigerante usato che in alcuni casi può influenzare il clima in maniera negativa.

Inoltre, le attuali tecnologie di raffreddamento non possono essere ridotte oltre una certa dimensione, per cui, ad esempio,  non possono essere ridotte alle dimensioni di un microchip e non possono dunque essere usate  per raffreddare in maniera puntuale e mirata computer compatti  per renderli eventualmente più veloci ed efficienti.

Molti studiosi hanno cercato nuove vie di refrigerazione sia per rendere la refrigerazione più efficiente, sia per creare anche nuovi campi di applicazione come quello appunto citato del raffreddamento di microchip. Nella maggior parte dei casi si tratta di metodi alternativi alla compressione di vapore e che spesso si basano sul cambiamento di fase di materiali particolari. Ciascuno ha i suoi limiti, motivo per cui nessuno di essi oggi si è affermato in modo significativo.

In un articolo pubblicato su Nature volume 567 (2019) alcuni ricercatori del Shenyang National Laboratory (SYNL) for Materials Science, Institute of Metal Research, Materiali cal, hanno fatto una interessante scoperta. Hanno cioè osservato un importante cambiamento di entropia associato alle transizioni di fase di ordine molecolare che si verifica nei cristalli plastici, materiali  composti da molecole che interagiscono attraverso forze deboli a lungo raggio. Di conseguenza, questi materiali sono altamente comprimibili e possono essere deformati in modo reversibile – da cui l’aggettivo ‘plastico’.

Inoltre i ricercatori hanno scoperto che queste transizioni possono essere innescate vicino alla temperatura ambiente, applicando piccole pressioni (circa 10-100 megapascal) e, quindi, possono essere utilizzate per scopi di refrigerazione.

Precedenti studi hanno già riportato cambiamenti di temperatura grossi associati a transizioni di fase in materiali calorici. Tuttavia, i cristalli di plastica sono molto diversi dagli altri materiali calorici: sono economici e facili da produrre, leggeri, non tossici e flessibili. Pertanto, sembrano essere particolarmente adatti per l’integrazione del raffreddamento a stato solido in dispositivi elettronici e applicazioni mobili.

Nonostante le numerose  sfide che ancora rimangono per la messa  a punto di un sistema che abbia un certo significato applicativo, questo lavoro rappresenta un ulteriore passo verso la ricerca di materiali calorici che hanno proprietà vantaggiose.

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