Ngoài các tính năng không cần thiết như màn hình cảm ứng và camera nội bộ, công nghệ tủ lạnh cơ bản không thay đổi lớn trong nhiều thập kỷ qua. Công nghệ này vẫn làm lạnh bằng hóa chất làm lạnh và máy nén, hơn nữa, còn tiêu hao nhiều điện năng. Giờ đây, các nhà nghiên cứu ở châu Âu đã cho thấy các kết quả ban đầu đầy triển vọng với hệ thống làm mát thử nghiệm sử dụng từ trường và hợp kim biến hình.

Các hệ thống làm mát từ tính hoạt động bằng cách khai thác hiệu ứng từ nhiệt, về cơ bản có nghĩa là một số vật liệu sẽ thay đổi nhiệt độ khi tiếp xúc với từ trường. Công nghệ này đã tồn tại gần như lâu bằng công nghệ tủ lạnh thông thường, nhưng thực sự chưa bao giờ được phát triển vì sự phức tạp của thiết bị có thể làm giảm hiệu quả năng lượng. Vấn đề thường nằm ở nam châm siêu dẫn được sử dụng cần có hệ thống làm mát riêng.

Để giải quyết vấn đề đó, các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Kỹ thuật Darmstadt và Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ở Đức đã khai thác sự kết hợp độc đáo của nam châm và các hợp kim đặc biệt. Các nam châm chứa neodymium kim loại đất hiếm, sắt và boron. Hợp kim này là hỗn hợp của niken, mangan và indi.

Sự kết hợp đó là chìa khóa đưa hệ thống này trở nên thực tế. Các nam châm đó là những nam châm vĩnh cửu mạnh nhất hiện nay, có khả năng tạo ra từ trường mạnh gấp 40.000 lần so với từ trường Trái đất. Hợp kim đặc biệt này sẽ hạ nhiệt khi tiếp xúc với từ trường và ngoài ra, nó có thể trở lại hình dạng ban đầu sau khi bị biến dạng.

Dựa vào sự kết hợp của nam châm và các hợp kim đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã phát triển một chu trình làm lạnh gồm sáu bước. Thứ nhất, chất làm mát (hợp kim) được tiếp xúc với từ trường chỉ trong một phần nghìn giây, thời gian đủ để nó bị từ hóa và hạ nhiệt. Sau đó, hợp kim được lấy ra từ từ trường và cần có một bộ tản nhiệt làm mát. Khi hợp kim ấm trở lại, nó sẽ lại bị từ hóa. Tiếp theo, hợp kim được nén bởi một con lăn, làm cho nó thay đổi hình dạng, mất từ tính và nóng lên. Khi con lăn được lấy ra, hợp kim trở lại hình dạng ban đầu vì chuyển về nhiệt độ bình thường, sẵn sàng để tái khởi động chu kỳ.

Nhóm nghiên cứu dự định xây dựng một đơn vị trình diễn vào năm 2022 để tìm hiểu kỹ hơn về cách hệ thống làm mát mọi thứ, cũng như hiệu quả năng lượng của nó.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials.

Nguồn: NASATI