Um novo dispositivo de refrigeração desenvolvido pela UCLA é composto por seis camadas finas de filmes poliméricos revestidos com nanotubos.
Crédito: Laboratório de Pesquisa em Materiais Flexíveis da UCLA
O cerne dessa tecnologia reside em filmes poliméricos ferroelétricos que, sob a influência de um campo elétrico, mudam tanto de temperatura (efeito eletrocalórico) quanto de forma (eletrostrição). Esse processo, alternando compressão e expansão, permite um bombeamento contínuo de calor. Diferentemente dos sistemas tradicionais de ar condicionado, este dispositivo não requer gases refrigerantes, reduzindo assim seu impacto ambiental.
A equipe de pesquisa, liderada por Qibing Pei, professor de ciência dos materiais na UCLA, projetou uma cascata de filmes poliméricos para maximizar a eficiência da transferência térmica. Essa arquitetura permite atingir um diferencial de temperatura de 14,2 °C.
A equipe de pesquisa prevê diversas aplicações para essa tecnologia, especialmente no campo de acessórios portáteis de refrigeração. Esses dispositivos poderiam oferecer uma solução energeticamente eficiente para trabalhadores expostos a altas temperaturas.
As vantagens deste dispositivo incluem sua simplicidade, eficiência energética e potencial de integração em sistemas portáteis. Os pesquisadores destacam a importância de desenvolver tecnologias de refrigeração alternativas diante do aumento das temperaturas globais.
O dispositivo foi testado em laboratório, demonstrando sua capacidade de manter um resfriamento contínuo. Os resultados desses experimentos foram publicados na revista Science, marcando um passo importante em direção a aplicações práticas.
Os filmes poliméricos do dispositivo se expandem e contraem como um acordeão para bombear o calor de uma fonte, resfriando-a.
Crédito: Laboratório de Pesquisa em Materiais Flexíveis da UCLA
Além de suas aplicações potenciais em tecnologias portáteis, este dispositivo também pode ser usado para resfriar componentes eletrônicos flexíveis. Os pesquisadores estão atualmente trabalhando na otimização dessa tecnologia para uso em larga escala.
O que é o efeito eletrocalórico?
O efeito eletrocalórico é um fenômeno físico no qual um material muda de temperatura em resposta a um campo elétrico aplicado. Essa mudança ocorre devido à reorientação dos dipolos elétricos dentro do material, o que altera sua entropia e, consequentemente, sua temperatura.
No contexto dos dispositivos de refrigeração, o efeito eletrocalórico permite bombear o calor de uma área para outra sem o uso de fluidos refrigerantes. Isso torna os sistemas de refrigeração mais ecológicos e potencialmente mais eficientes.
Os materiais eletrocalóricos são particularmente promissores para aplicações portáteis devido à sua flexibilidade e baixo consumo de energia.
A pesquisa sobre o efeito eletrocalórico abre novos caminhos para o desenvolvimento de tecnologias de refrigeração alternativas, essenciais em um contexto de aquecimento global.
Como funcionam os polímeros ferroelétricos neste dispositivo?
Os polímeros ferroelétricos são materiais que mudam de temperatura e forma sob a influência de um campo elétrico. No dispositivo de refrigeração da UCLA, esses polímeros são organizados em camadas finas, cada uma revestida com nanotubos de carbono para melhorar sua condutividade elétrica.
Quando um campo elétrico é aplicado, as camadas de polímero se comprimem (eletrostrição) e liberam calor (efeito eletrocalórico). Quando o campo elétrico é removido, as camadas se relaxam e absorvem o calor do ambiente. Esse ciclo de compressão e expansão permite uma transferência contínua de calor.
Essa mecânica de ação, semelhante à de um acordeão, é ao mesmo tempo simples e eficaz. Ela permite que o dispositivo funcione sem partes móveis complexas, reduzindo assim os riscos de falha e as necessidades de manutenção.
O uso de polímeros ferroelétricos em dispositivos de refrigeração representa um avanço significativo no campo dos materiais inteligentes, oferecendo soluções inovadoras para o gerenciamento térmico.