Các nhà nghiên cứu ở Anh và Tây Ban Nha đã tìm ra một chất rắn thân thiện với môi trường có thể thay thế các loại khí không hiệu quả và gây ô nhiễm được dùng trong hầu hết các loại tủ lạnh và máy điều hòa không khí.

Trong điều kiện áp lực, các tinh thể neopentylglycol dẻo mang lại hiệu quả làm mát rất lớn, đủ để cạnh tranh với các chất tải lạnh thông thường. Ngoài ra, vật liệu này có giá thành rẻ, sẵn có để sử dụng rộng rãi và hoạt động gần như ở nhiệt độ phòng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Các loại khí hiện đang được sử dụng trong đa số các tủ lạnh và máy điều hòa không khí có tên là hydrofluorocarbon và hydrocarbon (HFC và HC). Các khí này khi rò rỉ vào không khí, cũng góp phần gây nóng lên toàn cầu. "Tủ lạnh và điều hòa không khí dựa vào HFC và HC hoạt động tương đối kém hiệu quả", tiến sĩ Xavier Moya tại Đại học Cambridge và là trưởng nhóm nghiên cứu nói. "Đây là vấn đề quan trọng vì hoạt động làm lạnh và điều hòa không khí hiện đang tiêu thụ 1/5 mức năng lượng được sản xuất trên toàn thế giới và nhu cầu làm lạnh đang gia tăng". Để khắc phục những hạn chế này, các nhà khoa học vật liệu trên thế giới đã tìm kiếm chất làm lạnh thay thế dạng rắn. TS. Moya là một trong những người đi đầu trong lĩnh vực này. Trong nghiên cứu mới được công bố, TS. Moya và các cộng tác viên từ trường Đại học Bách khoa Catalunya và Đại học Barcelona đã mô tả những thay đổi nhiệt lớn dưới tác động của áp lực có được nhờ các tinh thể dẻo. Các công nghệ làm lạnh thông thường dựa vào những thay đổi nhiệt xuất hiện khi chất lỏng bị nén nở ra. Hầu hết các thiết bị làm lạnh hoạt động bằng cách nén và làm nở chất lỏng như HFC và HC. Khi chất lỏng nở ra, nó giảm nhiệt độ và làm mát môi trường xung quanh.

Với chất rắn, quy trình làm lạnh đạt được bằng cách thay đổi cấu trúc hiển vi của vật liệu. Sự thay đổi này có được là nhờ sử dụng từ trường, điện trường hoặc nhờ lực cơ học. Trong nhiều thập kỷ qua, các hiệu ứng calo này đã giảm sau khi có những thay đổi nhiệt trong chất lỏng, nhưng việc phát hiện ra các hiệu ứng barocaloric rất lớn trong tinh thể neopentylglycol (NPG) dẻo và các hợp chất hữu cơ liên quan khác đã giải quyết được vấn đề. Nhờ có các liên kết hóa học, vật liệu hữu cơ dễ nén hơn và NPG có giá thành rẻ được sử dụng rộng rãi trong quá trình tổng hợp sơn, polyester, chất làm dẻo và dầu nhờn. Các phân tử của NPG, bao gồm cacbon, hydro và oxy gần như có hình cầu và chỉ tương tác với nhau một cách yếu ớt. Những liên kết lỏng lẻo trong vi cấu trúc cho phép các phân tử xoay tương đối tự do. Nén NPG gây ra những thay đổi nhiệt lớn chưa từng có do khả năng tái cấu hình phân tử. Mức độ thay đổi nhiệt độ này tương đương với những thay đổi do HFC và HC tạo ra. Việc phát hiện ra hiệu ứng barocaloric rất lớn trong tinh thể dẻo sẽ đưa vật liệu barocaloric trở thành ưu tiên hàng đầu trong nghiên cứu và phát triển để đạt được khả năng làm mát an toàn thân thiện với môi trường mà không ảnh hưởng đến hiệu suất. TS. Moya hiện đang phối hợp với Cambridge Enterprise, công ty thương mại thuộc trường Đại học Cambridge để đưa công nghệ mới ra thị trường.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2019-04-green-m vật liệu-refrigeration.html, 4/2019