Hiện các kỹ sư tại Harvard đã trình diễn một thiết bị làm mát nguyên mẫu mới sử dụng vật liệu ở trạng thái rắn làm chất làm lạnh.

Các thiết bị như tủ lạnh và bộ xoay chiều nhận được năng lượng làm mát từ các chu kỳ thay đổi pha trong vật liệu. Ở thể khí, chất làm lạnh, thường là hydroflurocarbon (HFC), sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, do đó làm mát phòng hoặc bên trong tủ lạnh. Khí này sau đó đi vào một máy nén để nén nó, biến nó thành chất lỏng và giải phóng nhiệt tích trữ, được thoát ra bên ngoài. Khi giảm áp suất, chất lỏng sau đó được phép giãn nở trở lại thành chất khí để bắt đầu lại chu trình. Đây được gọi là hiệu ứng barocaloric.

Đó là một quy trình hiệu quả đã phục vụ tốt cho chúng ta trong nhiều thập kỷ, nhưng những chất HFC này có thể bị rò rỉ ra khỏi thiết bị trong quá trình sử dụng, nếu bị hỏng và khi di chuyển hoặc vứt bỏ. Khi ở trong bầu khí quyển, chúng là tác nhân gây ra biến đổi khí hậu mạnh hơn nhiều so với khí CO2, vì vậy việc tìm cách giảm lượng khí thải này là một phần quan trọng của các kế hoạch hành động vì môi trường.

Chất làm lạnh rắn vẫn có thể trải qua hiệu ứng barocaloric có thể giúp giải quyết vấn đề. Nghiên cứu mới đã tìm ra một loại vật liệu đầy hứa hẹn từ một lớp gọi là perovskite kim loại-halogen, vốn đã xuất sắc trở thành một thế hệ vật liệu pin mặt trời mới. Trong trường hợp này, vật liệu có thể được sử dụng để làm mát giống như cách chuyển đổi giữa pha lỏng và pha khí, ngoại trừ nó vẫn là chất rắn cho cả hai pha.

Bí mật của những chất rắn barocaloric này là cấu trúc nguyên tử của chúng. Thông thường, chúng được tạo thành từ các chuỗi phân tử dài linh hoạt bị rối loạn và hơi mềm, nhưng khi chịu áp lực, chúng cứng lại thành một trạng thái có trật tự hơn, giải phóng nhiệt trong quá trình này. Giải phóng áp suất và chúng một lần nữa có thể hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh. Trong khi cả hai trạng thái đều ở trạng thái rắn, nhóm nghiên cứu ví sự chuyển đổi này là sáp nóng chảy một phần.

Nhóm nghiên cứu đã trình diễn ý tưởng bằng một thiết bị nguyên mẫu. Chất làm lạnh rắn được đóng gói trong một ống kim loại, cùng với chất lỏng trơ ​​như nước hoặc dầu. Một piston thủy lực tạo áp suất lên chất lỏng, áp suất này sẽ chuyển nó cùng với chất làm lạnh. Chất lỏng cũng giúp truyền nhiệt ra khỏi hệ thống.

Hệ thống cho thấy nhiều hứa hẹn, nhưng nhóm nghiên cứu cho biết vẫn còn một số khó khăn cần phải làm. Đối với một, áp suất liên quan có thể xảy ra với thủy lực, nhưng hơi quá cao đối với các thiết bị tiêu dùng - khoảng 2.900 psi, so với 150 psi mà một AC thông thường đạt được. Các vật liệu cụ thể khác cũng có thể dẫn nhiệt tốt hơn.

Các nhà khoa học khác đã nghiên cứu sử dụng tinh thể nhựa hoặc hợp kim nhớ hình dạng làm chất làm lạnh trạng thái rắn tiềm năng. Với nhiều công việc hơn, loại vật liệu mới này có thể giúp làm cho các thiết bị làm mát thân thiện hơn với môi trường.