Барокалорический материал

Барокалорические материалы характеризуются сильными обратимыми термическими реакциями на изменения давления. из твердого состояния в твердое Многие из них связаны с фазовыми переходами от неупорядоченного к упорядоченному и жесткому под повышенным давлением с выделением тепла. Барокалорические твердые вещества претерпевают фазовый переход из твердого состояния в твердое. ^{[ 1 ]} Один барокалорический материал обрабатывает тепло без фазового перехода: натуральный каучук . ^{[ 2 ]}

Входная энергия

Барокалорические эффекты могут быть достигнуты при давлениях выше 200 МПа для интерметаллидов или около 100 МПа в кристаллах пластмасс . Однако, NH ₄ I меняет фазу при давлении 80 МПа. ^{[ 3 ]} Гибридный органо-неорганический слоистый перовскит (CH ₃ –(CH ₂ ) n -1 – NH ₃ ) ₂ MnCl ₄ ( n = 9,10) демонстрирует обратимое изменение барокалорической энтропии Δ S r ~ 218, 230 Дж/кг. К-1 при 0,08 ГПа при 294-311,5 К (температура перехода). ^{[ 4 ]}

Барокалорические материалы — один из нескольких классов материалов, претерпевающих калорические фазовые переходы. Остальные — магнитокалорические , электрокалорические и эластокалорические . Магнитокалорические эффекты обычно требуют напряженности поля более 2 Тл , тогда как электрокалорические материалы требуют напряженности поля в диапазоне от кВ до МВ/м. Для эластокалорических материалов могут потребоваться усилия до 700 МПа.

Возможные применения

Барокалорические материалы потенциально могут использоваться в качестве хладагентов в системах охлаждения вместо газов, таких как гидрофторуглероды . циклов, давление затем приводит к фазовому переходу из твердого состояния в твердое. ^{[ 5 ]} Прототип кондиционера был изготовлен из металлической трубки, наполненной металлогалогенидным перовскитом (хладагент) и водой или маслом (материал, передающий тепло/давление). Поршень сжимает жидкость. ^{[ 1 ]}^{[ 6 ]}

Использован другой проект NH ₄ I в качестве хладагента. Он достиг обратимых изменений энтропии $\Delta {S}_{{P}_{0}\to P}^{\max }$ ~71 г. до н.э. ⁻¹ кг ⁻¹ при температуре окружающей среды. Температура фазового перехода является функцией давления и изменяется со скоростью ~0,79 К МПа–1. Сопутствующее давление насыщения составляет ~ 40 МПа, барокалорическая сила $\left|\Delta {S}_{{P}_{0}\to P}^{\max }/\Delta P\right|$ ~1,78 Дж-К-1 кг-1 МПа-1 и диапазон температур ~41 К при 80 МПа. рассеяния нейтронов Характеристики кристаллических структур /атомной динамики показывают, что за чувствительность к давлению отвечает взаимодействие переориентации и колебаний. ^{[ 3 ]}

См. также

Термоэлектрический эффект

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Куп, Фермин (23 августа 2022 г.). «Ученые разработали кондиционер, в котором используются твердые хладагенты и который не наносит вреда окружающей среде» . ЗМЭ Наука . Проверено 23 августа 2022 г.
^ Милианте, Кайо М.; Кристманн, Аугусто М.; Усуда, Эрик О.; Имамура, Уильям; Пайшао, Лукас С.; Карвалью, Александр М.Г.; Мунис, Андре Р. (14 апреля 2020 г.). «Раскрытие происхождения гигантского барокалорического эффекта в натуральном каучуке» . Макромолекулы . 53 (7): 2606–2615. Бибкод : 2020МаМол..53.2606М . doi : 10.1021/acs.macromol.0c00051 . ISSN 0024-9297 . S2CID 216439124 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Жэнь, Цинь Цзи; Юй, Дэхун, Чжэ; Сун, Вэньли, Бао; Жэнь, Вэйцзюнь; Тонг, Ли, Бин; 04-28). «Сверхчувствительный барокалорический материал для твердотельного охлаждения при комнатной температуре» . Nature Communications . 13 (1): 2293. arXiv : 2110.11563 . Бибкод : 2022NatCo..13.2293R . doi : 10.1038/s41467-022-2. 9997 -9 ИССН 2041-1723 ПМЦ 9051211 .
^ Гао, Ихун, Ху, Фэнся; Сун, Хао, Цзячжэн; Шэнь, Фейран; Ван, Хоубо; Чжэньин; Линь, Юань; Чжан, Ченг (15 апреля 2022 г.). «Обратимый колоссальный барокалорический эффект, в котором преобладает разупорядочение органических цепей в монокристаллах (CH3–(CH2)n-1–NH3)2MnCl4» . NPG Asia Materials . 14 (1): 34. Бибкод : 2022npjAM..14...34G . doi : 10.1038/s41427-022-00378-4 . ISSN 1884-4057 . S2CID 248158094 .
^ Оливейра, Н. А. (11 марта 2011 г.). «Барокалорический эффект и твердотельный холодильник, вызванный давлением» . Журнал прикладной физики . 109 (5): 053515–053515–3. Бибкод : 2011JAP...109e3515D . дои : 10.1063/1.3556740 . ISSN 0021-8979 .
^ Со, Джинён; Макгилликадди, Райан Д.; Славни, Адам Х.; Чжан, Селена; Укани, Рахиль; Яковенко Андрей А.; Чжэн, Шао-Лян; Мейсон, Джарад А. (9 мая 2022 г.). «Колоссальные барокалорические эффекты со сверхнизким гистерезисом в двумерных металлогалогенидных перовскитах» . Природные коммуникации . 13 (1): 2536. Бибкод : 2022NatCo..13.2536S . дои : 10.1038/s41467-022-29800-9 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 9085852 . ПМИД 35534457 .

[:02-1] Перейти обратно: ^а ^б Куп, Фермин (23 августа 2022 г.). «Ученые разработали кондиционер, в котором используются твердые хладагенты и который не наносит вреда окружающей среде» . ЗМЭ Наука . Проверено 23 августа 2022 г.

[2] Милианте, Кайо М.; Кристманн, Аугусто М.; Усуда, Эрик О.; Имамура, Уильям; Пайшао, Лукас С.; Карвалью, Александр М.Г.; Мунис, Андре Р. (14 апреля 2020 г.). «Раскрытие происхождения гигантского барокалорического эффекта в натуральном каучуке» . Макромолекулы . 53 (7): 2606–2615. Бибкод : 2020МаМол..53.2606М . doi : 10.1021/acs.macromol.0c00051 . ISSN 0024-9297 . S2CID 216439124 .

[:1-3] Перейти обратно: ^а ^б Жэнь, Цинь Цзи; Юй, Дэхун, Чжэ; Сун, Вэньли, Бао; Жэнь, Вэйцзюнь; Тонг, Ли, Бин; 04-28). «Сверхчувствительный барокалорический материал для твердотельного охлаждения при комнатной температуре» . Nature Communications . 13 (1): 2293. arXiv : 2110.11563 . Бибкод : 2022NatCo..13.2293R . doi : 10.1038/s41467-022-2. 9997 -9 ИССН 2041-1723 ПМЦ 9051211 .

[4] Гао, Ихун, Ху, Фэнся; Сун, Хао, Цзячжэн; Шэнь, Фейран; Ван, Хоубо; Чжэньин; Линь, Юань; Чжан, Ченг (15 апреля 2022 г.). «Обратимый колоссальный барокалорический эффект, в котором преобладает разупорядочение органических цепей в монокристаллах (CH3–(CH2)n-1–NH3)2MnCl4» . NPG Asia Materials . 14 (1): 34. Бибкод : 2022npjAM..14...34G . doi : 10.1038/s41427-022-00378-4 . ISSN 1884-4057 . S2CID 248158094 .

[5] Оливейра, Н. А. (11 марта 2011 г.). «Барокалорический эффект и твердотельный холодильник, вызванный давлением» . Журнал прикладной физики . 109 (5): 053515–053515–3. Бибкод : 2011JAP...109e3515D . дои : 10.1063/1.3556740 . ISSN 0021-8979 .

[6] Со, Джинён; Макгилликадди, Райан Д.; Славни, Адам Х.; Чжан, Селена; Укани, Рахиль; Яковенко Андрей А.; Чжэн, Шао-Лян; Мейсон, Джарад А. (9 мая 2022 г.). «Колоссальные барокалорические эффекты со сверхнизким гистерезисом в двумерных металлогалогенидных перовскитах» . Природные коммуникации . 13 (1): 2536. Бибкод : 2022NatCo..13.2536S . дои : 10.1038/s41467-022-29800-9 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 9085852 . ПМИД 35534457 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]