Estudi dels efectes barocalòrics i multicalòrics sota pressió hidrostàtica i camp elèctric en materials desordenats i compostos ferroelèctrics

En l'actualitat, els refrigerants HFC, amb un potencial d'escalfament global milers de vegades superior al del CO₂, són àmpliament utilitzats en aparells d’aire condicionat i neveres. A causa de la manca de manteniment, una mala gestió i eficiències baixes o moderades, els dispositius de refrigeració contribueixen a aproximadament el 8% de les emissions totals de gasos d'efecte hivernacle. Degut a l'escalfament global, és urgent trobar noves tecnologies de refrigeració amb baixes emissions de carboni.

Una de les alternatives més prometedores és els mètodes de refrigeració basats en efectes calòrics d'estat sòlid (canvis de temperatura adiabàtics ∆T i canvis d'entropia isotèrmics ∆S) impulsats per camps externs. Aquesta tesi se centra en els efectes calòrics impulsats per la pressió hidrostàtica (barocalòric, BC) i/o el camp elèctric (electrocalòric, EC) prop de transicions de fase de primer ordre. En particular, s'han investigat els efectes BC en diferents famílies de materials: sals inorgàniques, antiperovskites basades en Mn, cristalls plàstics superiònics i la fusió d'àcid esteàric encapsulat en estructures metal–orgàniques (MOFs). També s’han investigat els efectes multicalòrics sota l'aplicació simultània de pressió i camp elèctric en Tantalat de Plom i Escandi (PbSc0.5Ta0.5O3, PST).

Amb aquesta finalitat, s’han dut a terme experiments de calorimetria diferencial d'exploració estàndard i modulada, i anàlisi tèrmica diferencial sota diferents pressions i/o camps elèctrics aplicats sobre els materials esmentats. Les dades obtingudes s’han combinat amb dades de volum dependents de la temperatura per construir les corbes d'entropia a partir de les quals es van calcular els efectes calòrics utilitzant el mètode quasi-directe. Els resultats suggereixen que els MOFs poden utilitzar-se com un marc sòlid adequat per a l'encapsulació de materials BC amb un gran rendiment, no sòlids. 

Finalment, també s'han estudiat els efectes multicalòrics en el ferroelectric prototípic PST. S’han dut a terme experiments de calorimetria sense precedents, es va obtenir i analitzar el diagrama de fases tridimensional T(p,E), que fins ara no s'havia explorat experimentalment en cap material.

Aquesta investigació ha demostrat la viabilitat, novetat i impacte dels efectes multicalòrics sota p i E, obrint així un nou camp en els efectes calòrics que hauria de proporcionar noves perspectives físiques sobre la gran família dels compostos ferroelèctrics.