Un nuevo dispositivo de enfriamiento desarrollado por la UCLA está compuesto por seis capas delgadas de películas de polímeros recubiertas de nanotubos.
Crédito: Laboratorio de Investigación de Materiales Blandos de la UCLA
El núcleo de esta tecnología se basa en películas de polímeros ferroeléctricos que, bajo la influencia de un campo eléctrico, cambian tanto de temperatura (efecto electrocalórico) como de forma (electrostricción). Este proceso, que alterna compresión y expansión, permite un bombeo continuo de calor. A diferencia de los sistemas de aire acondicionado tradicionales, este dispositivo no requiere gases refrigerantes, reduciendo así su impacto ambiental.
El equipo de investigación, dirigido por Qibing Pei, profesor de ciencia de materiales en la UCLA, ha diseñado una cascada de películas de polímeros para maximizar la eficiencia de la transferencia térmica. Esta arquitectura permite alcanzar un diferencial de temperatura de 14,2 °C.
El equipo de investigación prevé diversas aplicaciones para esta tecnología, especialmente en el campo de los accesorios portátiles de enfriamiento. Estos dispositivos podrían ofrecer una solución energéticamente eficiente para trabajadores expuestos a altas temperaturas.
Las ventajas de este dispositivo incluyen su simplicidad, eficiencia energética y potencial de integración en sistemas portátiles. Los investigadores destacan la importancia de desarrollar tecnologías de enfriamiento alternativas frente al aumento de las temperaturas globales.
El dispositivo ha sido probado en laboratorio, demostrando su capacidad para mantener un enfriamiento continuo. Los resultados de estos experimentos han sido publicados en la revista Science, marcando un hito importante hacia aplicaciones prácticas.
Las películas de polímeros del dispositivo se expanden y contraen como un acordeón para bombear el calor de una fuente, enfriándola así.
Crédito: Laboratorio de Investigación de Materiales Blandos de la UCLA
Además de sus aplicaciones potenciales en tecnologías portátiles, este dispositivo también podría utilizarse para enfriar componentes electrónicos flexibles. Los investigadores están trabajando actualmente en la optimización de esta tecnología para su uso a gran escala.
¿Qué es el efecto electrocalórico?
El efecto electrocalórico es un fenómeno físico en el que un material cambia de temperatura en respuesta a un campo eléctrico aplicado. Este cambio se debe a la reorientación de los dipolos eléctricos dentro del material, lo que modifica su entropía y, en consecuencia, su temperatura.
En el contexto de los dispositivos de enfriamiento, el efecto electrocalórico permite bombear el calor de una zona a otra sin utilizar fluidos refrigerantes. Esto hace que los sistemas de enfriamiento sean más respetuosos con el medio ambiente y potencialmente más eficientes.
Los materiales electrocalóricos son especialmente prometedores para aplicaciones portátiles debido a su flexibilidad y bajo consumo de energía.
La investigación sobre el efecto electrocalórico abre nuevas vías para el desarrollo de tecnologías de enfriamiento alternativas, esenciales en un contexto de calentamiento global.
¿Cómo funcionan los polímeros ferroeléctricos en este dispositivo?
Los polímeros ferroeléctricos son materiales que cambian de temperatura y forma bajo la influencia de un campo eléctrico. En el dispositivo de enfriamiento de la UCLA, estos polímeros están organizados en capas delgadas, cada una recubierta de nanotubos de carbono para mejorar su conductividad eléctrica.
Cuando se aplica un campo eléctrico, las capas de polímero se comprimen (electrostricción) y liberan calor (efecto electrocalórico). Cuando se retira el campo eléctrico, las capas se relajan y absorben el calor del entorno. Este ciclo de compresión y expansión permite una transferencia continua de calor.
Esta mecánica de acción, similar a la de un acordeón, es a la vez simple y eficaz. Permite que el dispositivo funcione sin piezas móviles complejas, reduciendo así los riesgos de fallos y las necesidades de mantenimiento.
El uso de polímeros ferroeléctricos en dispositivos de enfriamiento representa un avance significativo en el campo de los materiales inteligentes, ofreciendo soluciones innovadoras para la gestión térmica.