Scoperti segreti innovativi di un materiale di raffreddamento all'avanguardia senza refrigeranti tradizionali

RomeUn gruppo di ricercatori del Laboratorio Nazionale di Oak Ridge ha fatto un'importante scoperta nel campo delle tecnologie di raffreddamento. Hanno studiato un nuovo materiale di raffreddamento a livello atomico. Questo materiale può rendere i sistemi di raffreddamento più efficienti per applicazioni come la conservazione degli alimenti, le automobili e l'elettronica. Il nuovo metodo non utilizza i soliti refrigeranti né parti mobili.

Gli scienziati hanno analizzato una lega composta da nichel, cobalto, manganese e indio capace di modificare la propria forma per poi tornare quella iniziale. Questo fenomeno si verifica con l'aumento della temperatura o l'applicazione di un campo magnetico.

Ecco alcuni punti chiave su questa ricerca:

• Il raffreddamento allo stato solido è una tecnologia emergente.
• È ecologico e non utilizza refrigeranti tradizionali.
• Il materiale studiato è una lega a memoria di forma magnetica.
• La ricerca è stata condotta utilizzando strumenti di dispersione neutronica.

Quando la lega viene esposta a un campo magnetico, cambia fase e assorbe e rilascia calore. Questo fenomeno, noto come effetto magnetocalorico, viene impiegato nella refrigerazione senza componenti in movimento. Il team dell'ORNL ha scoperto che la capacità di raffreddamento di questa lega può essere triplicata grazie al calore presente nei modi ibridi magnone-fonone.

La lega è vicina a uno stato chiamato stato vetroso ferroico, che migliora la sua capacità di immagazzinare e liberare calore. In piccole aree del materiale, magnoni (onde di spin) e fononi (vibrazioni) interagiscono; queste aree sono chiamate modi ibridi localizzati di magnoni-fononi. Gli scienziati hanno scoperto che questi modi cambiano il comportamento dei fononi quando viene applicato un campo magnetico e influenzano anche la stabilità della fase del materiale.

Il materiale può diventare disordinato in due modi, noti come vetro di spin e vetro di sforzo. Nel vetro di spin, i momenti magnetici degli atomi sono orientati casualmente. Nel vetro di sforzo, il reticolo atomico è deformato su scala nanometrica. Questi stati disordinati intrappolano il calore in stati vibrazionali locali. Applicando un campo magnetico, è possibile rilasciare il calore immagazzinato.

La dispersione dei neutroni rivela che il riscaldamento in specifiche modalità magno-fononiche migliora la capacità di raffreddamento, spiega Michael Manley, il responsabile dello studio presso ORNL. Questa scoperta potrebbe portare a materiali migliori per il raffreddamento allo stato solido.

Questa ricerca è stata finanziata dalla Divisione Materiali delle Scienze e dell'Ingegneria dell'Office of Science del DOE. Alcuni esperimenti di scattering neutronico sono stati condotti presso il Reattore ad Alto Flusso di Isotopi e la Fonte di Neutroni a Spallazione dell'ORNL. Anche l'Istituto Nazionale di Standard e Tecnologia ha fornito strutture per la ricerca neutronica.

Questa lega a memoria di forma magnetica può assorbire il calore in modo efficiente. Questo potrebbe permettere un raffreddamento a stato solido senza la necessità di refrigeranti tradizionali o parti meccaniche. Le scoperte del team offrono nuove opportunità per migliorare la tecnologia di refrigerazione.