Estudio de los efectos barocalóricos y multicalóricos bajo presión hidrostática y campo eléctrico en materiales desordenados y compuestos ferroeléctricos

Actualmente, los refrigerantes HFC, con un potencial de calentamiento global miles de veces superior al del CO₂, se utilizan ampliamente en aparatos de aire acondicionado y refrigeradores. Debido a la falta de mantenimiento, una mala gestión y eficiencias bajas o moderadas, los dispositivos de refrigeración contribuyen aproximadamente al 8% de las emisiones totales de gases de efecto invernadero. Debido al calentamiento global, es urgente encontrar nuevas tecnologías de refrigeración con bajas emisiones de carbono. 

Una de las alternativas más prometedoras son los métodos de refrigeración basados en efectos calóricos de estado sólido (cambios de temperatura adiabáticos ∆T y cambios de entropía isotérmicos ∆S) impulsados por campos externos. Esta tesis se centra en los efectos calóricos impulsados por la presión hidrostática (barocalórico, BC) y/o el campo eléctrico (electrocalórico, EC) cerca de transiciones de fase de primer orden. En particular, se han investigado los efectos BC en diferentes familias de materiales: sales inorgánicas, antiperovskitas basadas en Mn, cristales plásticos superiónicos y la fusión de ácido esteárico encapsulado en estructuras metal-orgánicas (MOFs). También se han investigado los efectos multicalóricos bajo la aplicación simultánea de presión y campo eléctrico en Tantalato de Plomo y Escandio (PbSc0.5Ta0.5O3, PST). 

Con este fin, se han realizado experimentos de calorimetría diferencial de exploración estándar y modulada, y análisis térmico diferencial bajo diferentes presiones y/o campos eléctricos aplicados sobre los materiales mencionados. Los datos obtenidos se han combinado con datos de volumen dependientes de la temperatura para construir las curvas de entropía a partir de las cuales se calcularon los efectos calóricos utilizando el método cuasi-directo. Los resultados sugieren que los MOFs pueden utilizarse como un marco sólido adecuado para la encapsulación de materiales BC con un gran rendimiento, no sólidos. 

Finalmente, también se han estudiado los efectos multicalóricos en el ferroeléctrico prototípico PST. Se han realizado experimentos de calorimetría sin precedentes, se obtuvo y analizó el diagrama de fases tridimensional T(p,E), que hasta ahora no se había explorado experimentalmente en ningún material. 

Esta investigación ha demostrado la viabilidad, novedad e impacto de los efectos multicalóricos bajo p y E, abriendo así un nuevo campo en los efectos calóricos que debería proporcionar nuevas perspectivas físicas sobre la gran familia de los compuestos ferroeléctricos.