Caracterització de la resposta tèrmica sota pressió hidrostàtica en compostos amb desordre orientacional orgànics i ferroelèctrics

La refrigeració artificial es considera un dels grans assoliments tecnològics de la humanitat en els darrers segles. És essencial tant en el sector industrial com en el domèstic, per exemple per a la conservació d’aliments i medicaments, així com per a la climatització d’espais. A més, s’espera que la demanda global de refrigeració augmenti de manera significativa en les pròximes dècades a causa de l’increment de la riquesa, de la població mundial i de la intensificació de l’escalfament global. Tanmateix, les tecnologies actuals més habituals es basen en bombes de calor que utilitzen fluids nocius i tenen una eficiència baixa o moderada. A més, cada cop s’utilitzen més per a generar calor, com a substitució dels cremadors de gas ineficients i altament contaminants. Els efectes calòrics associats a transicions de fase de primer ordre en estat sòlid, induïdes per camps externs, prometen tecnologies de refrigeració i escalfament més sostenibles. Entre aquests, els efectes calòrics induïts per pressió hidrostàtica, coneguts com a efectes barocalòrics, han despertat recentment l’interès de la comunitat científica arran de la identificació de cristalls plàstics que presenten transicions de fase amb calor latent colossal. A més, aquest calor latent colossal també es pot aprofitar per a l’emmagatzematge d’energia tèrmica i la gestió de calor residual.

Aquesta tesi investiga els efectes barocalòrics en dos tipus de cristalls plàstics. La caracterització de les propietats termodinàmiques i la resposta barocalòrica ha permès avaluar la seva idoneïtat per a aplicacions en refrigeració i escalfament tant industrial com domèstica. En particular, s’han observat efectes barocalòrics colossals i irreversibles; tanmateix, es poden assolir efectes reversibles significatius en la fase plàstica amb canvis de pressió moderats, superant la resposta fora de la transició per altres materials reportats. Els cristalls plàstics ferroelèctrics són una nova família de materials que combinen una fase plàstica a alta temperatura amb una fase ferroelèctrica a baixa temperatura, amb una ferroelectricitat multiaxial la direcció de la qual pot ser modulada mitjançant camps elèctrics. Aquest treball és el primer estudi que investiga els efectes barocalòrics en aquesta família de materials. Malgrat que els efectes són menors que en els cristalls plàstics orgànics, aquest estudi obre la porta a possibles efectes multicalòrics sota pressió i camp elèctric. En aquests dos materials concrets, però, semblen necessaris camps elèctrics elevats per assolir efectes electrocalòrics significatius.