Фізики навчилися охолоджувати за рахунок механічного стискання

Фізики дослідили молекулярний комплекс, який може нагріватися під дією механічного тиску та охолоджуватися після його скидання. Дослідники вважають, що такі матеріали можуть стати основою для альтернативних систем охолодження, пише Nature.

Як працює новий матеріал

Це спеціально створений молекулярний матеріал під назвою Fe(PC4HH)₂. Він незвичайний тим, що реагує на механічний тиск: коли його стискають, матеріал нагрівається, а коли тиск прибирають — охолоджується.

Під час експериментів зразок:

Підписуйтеся на наші соцмережі

Загальна різниця температур становила близько 75 °C.

Такий ефект називають барокалорним. Простими словами, матеріал може змінювати свою температуру лише через те, що на нього натискають або перестають натискати.

Охолодження спостерігали вже за тиску близько 90 МПа. Це дуже великий тиск, але для лабораторних експериментів він вважається відносно помірним. Матеріал також витримав щонайменше 100 циклів стискання та розтискання без помітної втрати властивостей.

Дослідження також показало, що посилений барокалорний ефект пов'язаний із взаємодією матеріалу з газом. За допомогою синхротронного рентгенівського випромінювання вчені встановили, що повітря з навколишнього середовища бере участь у передачі тиску матеріалу.

Навіщо потрібне барокалорне охолодження

Більшість сучасних холодильників і теплових насосів використовують парокомпресійний цикл із холодоагентами. Частина таких речовин має значний вплив на клімат, тому дослідники шукають альтернативні технології охолодження.

Одним із можливих напрямів є барокалорні матеріали. Вони змінюють температуру та ентропію під дією механічного тиску, тому потенційно можуть виконувати функцію, яку нині забезпечує стиснення та розширення газоподібного холодоагенту.

Однак до практичного застосування технології ще потрібно розв'язати кілька проблем. Експерименти проводилися з дуже малими кількостями матеріалу, а молекулярні кристали мають низьку теплопровідність у великих об'ємах. Крім того, майбутнім пристроям потрібні довговічні механізми, здатні багаторазово створювати та скидати необхідний тиск.

Тому результати поки що демонструють насамперед перспективність принципу, а не готову заміну побутовим холодильникам чи тепловим насосам.