Pesquisadores revelam segredos incríveis de material avançado para resfriamento sólido

São PauloUm avanço significativo na tecnologia de resfriamento foi alcançado por uma equipe de pesquisadores do Oak Ridge National Laboratory. Eles investigaram um novo material de resfriamento em nível atômico, capaz de tornar os sistemas de refrigeração mais eficientes para armazenamento de alimentos, automóveis e eletrônicos. O método inovador não utiliza os refrigerantes comuns nem peças móveis.

Cientistas estudaram uma liga composta por níquel, cobalto, manganês e índio que possui a capacidade de mudar de forma e depois voltar ao estado original. Isso ocorre quando a temperatura aumenta ou um campo magnético é aplicado.

Aqui estão alguns pontos principais sobre esta pesquisa:

• O resfriamento em estado sólido é uma tecnologia emergente.
• Ela é ecologicamente correta e evita o uso de refrigerantes tradicionais.
• O material estudado é uma liga com memória de forma magnética.
• A pesquisa foi realizada utilizando instrumentos de espalhamento de nêutrons.

Quando a liga é exposta a um campo magnético, ela altera sua fase e absorve e libera calor. Esse fenômeno, conhecido como efeito magnetocalórico, permite a refrigeração sem partes móveis. A equipe do ORNL descobriu que a capacidade de resfriamento dessa liga é triplicada pelo calor em modos híbridos de magnon-fônon.

Esta liga está próxima de um estado conhecido como vidro ferroico, o que melhora sua capacidade de armazenar e liberar calor. Em pequenas regiões do material, magnons (ondas de spin) e fônons (vibrações) interagem; essas regiões são chamadas de modos híbridos localizados de magnon-fônon. Cientistas descobriram que esses modos alteram o comportamento dos fônons quando um campo magnético é aplicado e também afetam a estabilidade de fase do material.

O material pode se desordenar de duas maneiras, chamadas vidro de spin e vidro de deformação. No vidro de spin, os momentos magnéticos dos átomos são orientados aleatoriamente. Já no vidro de deformação, a rede atômica é alterada em escala nanométrica. Essas condições desordenadas aprisionam calor em estados vibracionais localizados. Aplicar um campo magnético pode liberar o calor armazenado.

Dispersão de nêutrons revela que o aquecimento em modos locais específicos de magnon-fônon melhora a capacidade de resfriamento, explicou Michael Manley, líder do estudo no ORNL. Essa descoberta pode levar a materiais melhores para resfriamento de estado sólido.

Esta pesquisa foi financiada pela Divisão de Ciências e Engenharia de Materiais do Departamento de Energia dos EUA. Parte dos experimentos de espalhamento de nêutrons foram realizados no Reator de Isótopos de Alto Fluxo e na Fonte de Espalhamento de Nêutrons no ORNL. O Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia também forneceu instalações para pesquisas com nêutrons.

Esta liga com memória de forma magnética pode ser utilizada para absorver calor de maneira eficiente. Isso poderia viabilizar o resfriamento em estado sólido sem a necessidade de refrigerantes tradicionais ou peças mecânicas. As descobertas da equipe abrem novas possibilidades para aprimorar a tecnologia de refrigeração.