Uma equipa de investigação do Instituto de Física do Estado Sólido, da Academia Chinesa de Ciências Hefei de Ciências Materiais, descobriu um efeito piroelétrico de alta densidade energética num material condutor iónico superplástico Ag₂Te₁₋ₓSₓ. Esta descoberta oferece uma nova opção de materiais para o desenvolvimento de dispositivos de arrefecimento de estado sólido mais pequenos e leves. O artigo de investigação já foi publicado online na revista Advanced Functional Materials.
Os sistemas de refrigeração por compressão de vapor, amplamente utilizados atualmente, dependem de refrigerantes com gases de efeito estufa e enfrentam gargalos na melhoria da eficiência. A tecnologia de refrigeração piroelétrica, que alcança o arrefecimento aplicando pressão a materiais sólidos, é vista como uma alternativa mais promissora. No entanto, um indicador-chave para aplicações práticas - a variação de entropia volumétrica do material - ainda não tinha sido suficientemente otimizado. Através de análises de simulação, a equipa de investigação apontou que o uso de materiais piroelétricos de alta densidade energética é crucial para alcançar a miniaturização e leveza dos dispositivos.
A equipa concentrou-se no material de solução sólida densa Ag₂Te₁₋ₓSₓ. Os resultados experimentais mostraram que, sob uma pressão moderada de 70 MPa, este material pode produzir uma variação de entropia volumétrica reversível de 0,478 J·cm⁻³·K⁻¹, o valor mais alto relatado até agora entre os materiais piroelétricos inorgânicos. A sua intensidade piroelétrica também supera a maioria dos materiais inorgânicos conhecidos e alguns materiais orgânicos. O professor Tong Peng, líder da equipa, afirmou: "O desempenho piroelétrico volumétrico deste material supera em muito a maioria dos materiais inorgânicos conhecidos. A sua alta densidade energética torna-o muito adequado para dispositivos de arrefecimento mais pequenos e leves."
A análise de difração de neutrões revelou o mecanismo da forte resposta térmica do material: sob pressão, o material sofre uma transformação estrutural da fase cúbica para a fase monoclínica, acompanhada por uma mudança significativa no volume da rede cristalina e na difusão de iões de prata. Além disso, o material também exibe boa condutividade térmica, alta deformabilidade e boa estabilidade de desempenho, características que são benéficas para a sua integração e aplicação em dispositivos de arrefecimento de estado sólido práticos.
Esta investigação propõe um novo sistema de material que combina um enorme efeito piroelétrico volumétrico, boas propriedades de processamento e elevada condutividade térmica, abrindo um novo caminho para o desenvolvimento da próxima geração de tecnologias de arrefecimento ecológicas, e mostrando o potencial para um design compacto futuro dos dispositivos de arrefecimento de estado sólido.
