Un approccio più pulito alla refrigerazione utilizzando un metallo comprimibile

Rapporto del 31 maggio 2023

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di Bob Yirka, Tech Xplore

Un team di scienziati dei materiali dell’Università del Maryland, in collaborazione con un collega dell’Università di Jiaotong e un altro dell’Università di Beihang, entrambi in Cina, ha sviluppato un approccio più pulito alla costruzione di sistemi di raffreddamento basato sull’uso di un metallo comprimibile. La loro ricerca è pubblicata sulla rivista Science.

I materiali refrigeranti utilizzati nei frigoriferi sono dannosi per l'ambiente e gli ingegneri sono alla ricerca di un'alternativa più pulita. Uno di questi ricercatori è Ichiro Takeuchi dell’Università del Maryland. Negli ultimi dieci anni, lui e il suo team hanno lavorato per trovare un modo per utilizzare materiali elettrocalorici come agenti di raffreddamento.

Tali materiali subiscono variazioni di temperatura quando vengono allungati o compressi a causa delle transizioni di fase. Più specificamente, lui e i suoi colleghi hanno lavorato con fili di nichel e titanio (NiTi), che si sono rivelati elettrocalorici, per costruire sistemi di raffreddamento. Molteplici sfide ingegneristiche ostacolano la costruzione di un prodotto commercialmente valido, ma in questo nuovo sforzo sono state superate molte di queste sfide.

Due delle sfide più grandi riguardano il recupero efficiente dei fluidi (l’acqua viene utilizzata come scambio di calore) e le modalità per ridurre la perdita di calore derivante dall’attrito. Le soluzioni includono l'utilizzo di fasci più densi di tubi NiTi e un attuatore migliorato, che applica il raggruppamento del carico. Il loro sistema utilizza due fasci collegati tramite l'attuatore: poiché i carichi vengono raggruppati e disaggregati, il sistema si muove attraverso cicli di compressione sul NiTi, che guida il raffreddamento e quindi la refrigerazione.

Il modello dispone di due modalità, a seconda della quantità di acqua nel sistema: una modalità è stata progettata per ottimizzare il raffreddamento e l'altra l'intervallo di temperatura. È stato dimostrato che il sistema è in grado di raffreddare un sistema di 22,5K.

Il team riconosce che il proprio sistema non è ancora pronto per la commercializzazione, ma si aspetta che alcuni miglioramenti lo rendano tale. Hanno in programma di migliorarne l'efficienza migliorando l'attuatore e modificando le percentuali di nichel e titanio utilizzate per realizzare i tubi.

Maggiori informazioni: Suxin Qian et al, Sistema di raffreddamento elastocalorico multimodale ad alte prestazioni, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adg7043