•Notícia

Dos equips del Barcelona Knowledge Campus, un de la Universitat de Barcelona (UB) i un altre de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), en col·laboració amb un equip de la Universitat de Duisburg-Essen (Alemanya), han desenvolupat un nou material sòlid que presenta efecte calòric aplicant-hi una pressió hidrostàtica (efecte barocalòric en estat sòlid) mitjançant un sistema d’alta pressió, únic a l’Estat espanyol, que ha estat dissenyat a la UPC. El treball, publicat a la revista científica Nature Materials i impulsat pel protocol de Kyoto, té com a objectiu renovar els sistemes actuals de refrigeració basats en la compressió de gasos nocius per a l’atmosfera.

La recerca de materials amb propietats calòriques a temperatura ambient és un dels camins que s’estan explorant per desenvolupar nous sistemes de refrigeració per a aquestes temperatures. Fins ara, els materials més prometedors en el camp de la refrigeració eren els anomenats magnetocalòrics, aquells que canvien de temperatura amb l’aplicació d’un camp magnètic extern. En aquest treball es mostra que l’aplicació d’una pressió hidrostàtica moderada sobre un aliatge de níquel, manganès i indi (Ni-Mn-In) provoca uns resultats comparables als millors resultats obtinguts per a materials magnetocalòrics. Segons Lluís Mañosa, catedràtic del Departament d’Estructura i Constituents de la Matèria de la UB i investigador principal de l’estudi, "l’objectiu d’aquest camp de recerca és trobar materials eficients, econòmics i respectuosos amb el medi ambient, i l’avantatge de l’aliatge utilitzat en aquest treball és que tots els materials que el formen compleixen aquestes característiques".

D’altra banda, tal com apunta Antoni Planes, catedràtic del mateix departament de la UB, «amb aquest tipus de material es poden assolir canvis de temperatura prou grans mitjançant canvis de pressió moderats, cosa que permetria una bona implementació en sistemes de refrigeració domèstica (neveres, aire condicionat, etc.)». Quan sobre aquests aliatges s’aplica un camp extern, tant si és magnètic com de pressió, s’aconsegueix que el material presenti una transició de fase en estat sòlid, i «aquest canvi de fase —explica Lluís Mañosa— comporta un intercanvi de calor latent important». El principi físic és el mateix que es produeix quan es fon un glaçó de gel en un got d’aigua. El gel absorbeix calor del líquid i per això el refreda.

Esquema del funcionament d’un refrigerador mitjançant un sòlid sotmès a pressió

Per dur a terme l’experiment, s’ha utilitzat un sistema d’alta pressió, únic a l’Estat espanyol, desenvolupat pel Grup de Caracterització de Materials, dirigit per Josep Lluís Tamarit, catedràtic del Departament de Física i Enginyeria Nuclear de la UPC, per mesurar les temperatures dels canvis d’estat, en funció de la pressió i la calor bescanviada en el procés. Segons la investigadora Maria Barrio, del mateix departament de la UPC i coautora del treball, «l’exploració del comportament dels materials en funció de la pressió obre un gran ventall de possibilitats en molts camps». Aquests camps d’aplicació fan referència a diversos sistemes de refrigeració, com ara les neveres domèstiques i els aparells d’aire condicionat, a més d’equips de conservació alimentària, màquines industrials i grans ordinadors.

L’efecte magnetocalòric es coneixia des de fa temps i s’utilitzava per assolir temperatures molt baixes, però fins a la dècada dels noranta no es van trobar materials que tenien un efecte magnetocalòric molt gran a temperatura ambient i que es va batejar com a efecte magnetocalòric gegant.

L’any 2005, en un article publicat a la revista Nature Materials, es presentava l’efecte magnetocalòric invers, pel qual quan s’aplicava un camp magnètic sobre el material, aquest és refredava, en lloc d’escalfar-se com fan la majoria de materials magnètics. Aquest nou treball, fruit de la tesi doctoral de Xavier Moya, dirigida pel catedràtic Lluís Mañosa (UB), ha estat reconegut amb el Premi Ramon Margalef 2009 del Consell Social de la UB.

A més de l’efecte barocalòric ja esmentat, l’aliatge de Ni-Mn-In també té efecte magnetocalòric invers. Així, doncs, hi ha la possibilitat de combinar el camp magnètic amb la pressió hidrostàtica per produir efecte calòric i això permetria comptar amb diferents paràmetres per al control de la temperatura. És a dir, aquest nou material permet observar la pressió i el camp magnètic per poder tenir un control del canvi d’estat, a la temperatura desitjada.