Caracterización de la respuesta térmica bajo presión hidrostática en compuestos con desorden orientacional orgánicos y ferroeléctricos

La refrigeración artificial se considera uno de los grandes logros tecnológicos de la humanidad en los últimos siglos. Es esencial tanto en el sector industrial como en el doméstico, por ejemplo para la conservación de alimentos y medicamentos, así como para la climatización de espacios. Además, se espera que la demanda global de refrigeración aumente de manera significativa en las próximas décadas debido al incremento de la riqueza, de la población mundial y a la intensificación del calentamiento global. Sin embargo, las tecnologías actuales más habituales se basan en bombas de calor que utilizan fluidos nocivos y tienen una eficiencia baja o moderada. Asimismo, cada vez se emplean más para generar calor, como sustitución de los quemadores de gas ineficientes y altamente contaminantes. Los efectos calóricos asociados a transiciones de fase de primer orden en estado sólido, inducidas por campos externos, prometen tecnologías de refrigeración y calefacción más sostenibles. Entre estos, los efectos calóricos inducidos por presión hidrostática, conocidos como efectos barocalóricos, han despertado recientemente el interés de la comunidad científica a raíz de la identificación de cristales plásticos que presentan transiciones de fase con calor latente colosal. Además, este calor latente colosal también puede aprovecharse para el almacenamiento de energía térmica y la gestión del calor residual.

Esta tesis investiga los efectos barocalóricos en dos tipos de cristales plásticos. La caracterización de sus propiedades termodinámicas y de la respuesta barocalórica ha permitido evaluar su idoneidad para aplicaciones de refrigeración y calefacción tanto industriales como domésticas. En particular, se han observado efectos barocalóricos colosales e irreversibles; no obstante, se pueden alcanzar efectos reversibles significativos en la fase plástica con cambios de presión moderados, superando la respuesta fuera de transición de otros materiales reportados. Los cristales plásticos ferroeléctricos son una nueva familia de materiales que combinan una fase plástica a alta temperatura con una fase ferroeléctrica a baja temperatura, con una ferroelectricidad multiaxial cuya dirección puede modularse mediante campos eléctricos. Este trabajo es el primer estudio que investiga los efectos barocalóricos en esta familia de materiales. Aunque los efectos son menores que en los cristales plásticos orgánicos, este estudio abre la puerta a posibles efectos multicalóricos bajo presión y campo eléctrico. En estos dos materiales concretos, sin embargo, parecen necesarios campos eléctricos elevados para alcanzar efectos electrocalóricos significativos.