Des chercheurs chinois ont créé un système de refroidissement à semi-conducteurs basé sur un principe inhabituel. Au lieu des éléments Peltier inefficaces mais familiers, ils ont pu refroidir un corps solide en utilisant un champ électrique qui lui était appliqué. La transition vers un nouveau principe de refroidissement contribuera à réduire les coûts de refroidissement gigantesques dans le monde, qui consomment aujourd’hui jusqu’à 20 % de l’électricité mondiale.

Source de l'image : Pixabay

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A proprement parler, la méthode de refroidissement par mise d’un corps solide dans un champ magnétique n’a pas été inventée aujourd’hui. Les scientifiques ont depuis longtemps découvert ce que l’on appelle l’effet calorique, dont un cas particulier est la diminution de la température de certains matériaux lorsqu’ils sont placés dans un champ magnétique puissant. Il y a deux problèmes principaux dans ce cas : le besoin de champs très forts de 2 T et plus, ainsi que la difficulté de trouver des matériaux qui seraient efficacement refroidis à température ambiante.

L’un des matériaux prometteurs avec la manifestation de l’effet calorique est le composé Mn 3 SnC, qui, soit dit en passant, appartient à la classe des minéraux pérovskites. Malheureusement, le matériau ne présente un effet calorique significatif que lorsqu’il est exposé à un champ magnétique avec une induction magnétique supérieure à 2 T. La technologie fonctionne, mais étant donné le besoin d’aimants permanents puissants dans le cadre d’une unité de réfrigération, elle reste peu pratique. Les chercheurs chinois ont gracieusement contourné ce point en fournissant la pression nécessaire sur la structure Mn 3 SnC (déformation) à l’aide d’un champ électrique, et non magnétique, et non pas directement, mais indirectement.

Une équipe de l’Université de technologie de Shanghai, de l’Institut des microsystèmes et des technologies de l’information de Shanghai, de l’Université de l’Académie chinoise des sciences et de l’Université Jiaotong de Pékin a éliminé le besoin d’aimants en combinant une couche Mn 3 SnC avec une couche piézoélectrique de titanate de zirconate de plomb (PZT) . Le composant piézoélectrique répond facilement à des champs électriques assez faibles, mais l’effet de la couche de Mn3SnC qui lui est mécaniquement reliée est comparable à l’effet sur le matériau d’un champ magnétique d’induction supérieure à 3 T. L’élément piézoélectrique se déforme et provoque la déformation de la couche de Mn 3 SnC qui lui est mécaniquement connectée (dans l’expérience, il l’a étiré), ce qui commence à refroidir et à refroidir le système.

Illustration pour l'article. À gauche, la conception de l'installation, au centre, le changement de température corporelle sous l'influence d'un champ magnétique, et à droite, le changement de température lorsque le corps est déformé Source de l'image : Acta Materialia

À gauche se trouve la conception de l’installation, au centre se trouve le changement de température corporelle sous l’influence d’un champ magnétique et à droite se trouve le changement de température lors de la déformation du corps (étirement). Source de l’image : Acta Materialia

À l’avenir, un réfrigérant solide peut non seulement remplacer les éléments Peltier, qui sont largement utilisés dans les systèmes de refroidissement électroniques de l’industrie aérospatiale et au-delà, mais peut également remplacer le refroidissement traditionnel à compression de vapeur énergivore dans les réfrigérateurs et les climatiseurs. Les scientifiques sont encore loin des recommandations pratiques, mais ils entendent avancer sur la voie du « verdissement » de l’industrie du froid. Les données de recherche, ajoutons-nous, sont publiées dans la revue Acta Materialia .

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