Composites of recycled PVC with natural graphite for improved heat transfer applications: a barocaloric effect study
Compósitos de PVC reciclado com grafite natural para aplicações com melhor transferência de calor: um estudo sobre o efeito barocalórico.
Autores:
* Pesquisadores NAPI EZC
Publicado: 28 de maio de 2025
Abstract
Transitioning from vapor-compression cooling systems to more eco-friendly technologies is a pivotal move in addressing climate change. Barocaloric refrigeration stands out as a viable alternative due to the use of solid refrigerants and better efficiency, once it eliminates the use of greenhouse gases and reduces energy consumption. Among various material classes that exhibit excellent barocaloric performance, polymers are particularly noteworthy due to their giant and colossal barocaloric effects, widespread availability, and in some instances, low ecological footprint. However, these polymeric materials often face challenges in terms of thermal conductivity—a critical property for materials used in high heat transfer applications. In our study, we utilized flexible PVC (PVCf), sourced from industrial residues, to fabricate composites of Natural Graphite (NG) and PVCf (NG/PVCf) using standard processing methods. This approach allowed us to improve its thermal conductivity and assess the barocaloric performance. The results revealed a remarkable improvement in thermal conductivity—up to 500%—in the NG/PVCf composites compared to pure PVCf, with only a ~ 22% reduction in the barocaloric effect. Our findings suggest exciting prospects for the use of industrial waste in the development of high-performance recycled materials, such as refrigerants for future solid-state cooling devices.
Resumo
A transição dos sistemas de refrigeração por compressão de vapor para tecnologias mais ecológicas é um passo crucial no enfrentamento das mudanças climáticas. A refrigeração barocalórica destaca-se como uma alternativa viável devido ao uso de refrigerantes sólidos e maior eficiência, uma vez que elimina o uso de gases de efeito estufa e reduz o consumo de energia. Entre as diversas classes de materiais que apresentam excelente desempenho barocalórico, os polímeros são particularmente notáveis por seus efeitos barocalóricos gigantes e colossais, ampla disponibilidade e, em alguns casos, baixa pegada ecológica. No entanto, esses materiais poliméricos frequentemente enfrentam desafios em relação à condutividade térmica — uma propriedade crítica para materiais utilizados em aplicações com alta transferência de calor.
Em nosso estudo, utilizamos PVC flexível (PVCf), proveniente de resíduos industriais, para fabricar compósitos de Grafite Natural (NG) com PVCf (NG/PVCf), utilizando métodos de processamento convencionais. Essa abordagem permitiu melhorar sua condutividade térmica e avaliar o desempenho barocalórico. Os resultados revelaram uma melhoria notável na condutividade térmica — de até 500% — nos compósitos NG/PVCf em comparação com o PVCf puro, com apenas uma redução de aproximadamente 22% no efeito barocalórico. Nossas descobertas sugerem perspectivas promissoras para o uso de resíduos industriais no desenvolvimento de materiais reciclados de alto desempenho, como refrigerantes para futuros dispositivos de refrigeração em estado sólido.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
