Wetenschappers van het Carnegie Geophysical Laboratorium zeggen een ferro-elektrisch kristal gevonden te hebben waarmee een zeer sterk electrocaloric effect is op te wekken. Deze kristallen zouden in staat zijn om andere materialen, zoals chips, tot op nanoschaal te koelen.
Het bestaan van het electrocaloric effect is al bekend sinds de jaren 30 maar wordt tot op heden niet buiten laboratoria gebruikt. Dit is te wijten aan het feit dat er nog geen stoffen bekend waren waarbij dit effect zeer sterk kon optreden, waardoor de techniek praktisch nutteloos was. De Amerikaanse wetenschappers ontwikkelden een computermodel van het molecuul lithiumniobaat (LiNbO3) en toonden met een simulatie aan dat het effect bij dit kristal wel zeer sterk aanwezig is.
Bij het electrocaloric effect verandert de temperatuur van een diëlektrisch materiaal dat (de)polariseert onder invloed van een elektrisch veld. Een hittebron kan gekoeld worden doordat het materiaal in contact wordt gebracht met de bron, het materiaal absorbeert dan vervolgens de hitte waardoor de entropie stijgt. Daarna wordt het materiaal verwijderd van de bron en overgebracht naar de heatsink. Ondertussen wordt een elektrisch veld gegenereerd waardoor de temperatuur omhoog gaat en het materiaal de hitte afstaat aan de heatsink. Vervolgens wordt de temperatuur met behulp van het elektrische veld weer omlaag gebracht en kan het materiaal weer hitte opnemen van de bron.
Als diëlektrisch materiaal wordt altijd voor ferro-elektrisch materiaal gekozen. Ferro-elektrische stoffen kunnen zonder de aanwezigheid van een elektrisch veld spontaan polariseren. Daarnaast is de polarisatie of het terugdraaien daarvan onder invloed van een elektrisch veld bij ferro-elektrische stoffen niet lineair. Daardoor kan heel snel een grote temperatuurwisseling plaatsvinden.
Het kenmerkende van het hier gebruikte LithiumNiobaat is dat het een hele lage transitietemperatuur heeft. Elke ferro-elektrische stof heeft een transitietemperatuur, boven die temperatuur word de stof para-elektrisch en polariseert de stof niet meer zonder aanwezigheid van een elektrisch veld. Bij experimenten werden tot nu toe enkel ferro-elektrische stoffen met een hoge transitietemperatuur gebruikt, bij deze stoffen trad nooit een heel sterk electrocaloric effect op. Nu hebben de wetenschappers met behulp van de computersimulatie ontdekt dat het electrocaloric effect wel zeer sterk optreed bij ferro-elektrische stoffen met een lage transitietemperatuur. De ontdekking kan op termijn gebruikt worden om te voorkomen dat computerchips oververhit raken.
/i/1379333570.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/1297334319.gif?f=fpa)
/i/1274010398.png?f=fpa)
:strip_icc():strip_exif()/u/378992/Frozen.jpg?f=community){kind=small}