Descubren secretos innovadores de material de enfriamiento sólido en el Oak Ridge National Laboratory

MadridUn equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge ha logrado un avance significativo en la tecnología de refrigeración. Han estudiado un nuevo material de enfriamiento a nivel atómico que puede hacer que los sistemas de enfriamiento sean más eficientes, aplicables en almacenamiento de alimentos, automóviles y electrónica. Este nuevo método no utiliza los tradicionales refrigerantes ni partes móviles.

Científicos investigaron una aleación compuesta de níquel, cobalto, manganeso e indio que posee la capacidad de cambiar de forma y volver a su estado original. Este fenómeno ocurre al aumentar la temperatura o al aplicar un campo magnético.

Aquí hay algunos puntos clave sobre esta investigación:

• La refrigeración en estado sólido es una tecnología emergente.
• Es respetuosa con el medio ambiente y evita el uso de refrigerantes tradicionales.
• El material estudiado es una aleación magnética con memoria de forma.
• La investigación se llevó a cabo utilizando instrumentos de dispersión de neutrones.

El equipo de ORNL ha descubierto que la capacidad de enfriamiento de esta aleación se triplica cuando se calienta en modos híbridos de magnón-fonón. Al ser expuesta a un campo magnético, la aleación cambia de fase y absorbe y libera calor. Este fenómeno, conocido como el efecto magnetocalórico, se utiliza para la refrigeración sin piezas móviles.

Esta aleación está cerca de lo que se conoce como estados vítreos ferroicos, lo que mejora su capacidad para almacenar y liberar calor. En pequeñas regiones del material, los magnones (ondas de espín) y los fonones (vibraciones) interactúan; estas regiones se llaman modos híbridos localizados de magnón-fonón. Los científicos han descubierto que estos modos alteran el comportamiento de los fonones cuando se aplica un campo magnético y también influyen en la estabilidad de fase del material.

El material puede desordenarse de dos maneras: vidrio de espín y vidrio de deformación. En el vidrio de espín, los momentos magnéticos de los átomos están orientados al azar. En el vidrio de deformación, la red atómica se deforma a escala nanométrica. Estas condiciones desordenadas atrapan el calor en estados vibracionales localizados. La aplicación de un campo magnético puede liberar el calor almacenado.

La dispersión de neutrones revela que el calor en modos locales específicos de magnones-fonones mejora la capacidad de enfriamiento, explicó Michael Manley, líder del estudio en ORNL. Este hallazgo podría derivar en materiales mejorados para la refrigeración en estado sólido.

Esta investigación fue financiada por la División de Ciencias e Ingeniería de Materiales de la Oficina de Ciencias del DOE. Algunos de los experimentos de dispersión de neutrones se realizaron en el Reactor de Isótopos de Alto Flujo y en la Fuente de Neutrones por Espalación en ORNL. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología también proporcionó instalaciones para la investigación con neutrones.

Esta aleación con memoria magnética puede absorber calor de manera eficiente, lo cual podría permitir la refrigeración en estado sólido sin la necesidad de refrigerantes tradicionales ni partes mecánicas. Los descubrimientos del equipo abren nuevas oportunidades para mejorar la tecnología de refrigeración.