On the mechanocaloric effect of natural graphite/thermoplastic polyurethane composites
Sobre o efeito mecanocalórico de compósitos naturais de grafite/poliuretano termoplástico
Autores:
- Alexandre Magnus Gomes Carvalho
- Cleber Santiago Alves*
- Eduardo Radovanovic*
- Erik Oda Usuda
- Fernando Rodrigo Moro
- Flávio Clareth Colman*
- Jean Rodrigo Bocca
- Júlio César Dainezi de Oliveira
- Nicholas Dicati Pereira da Silva
- Paulo Vinícius Trevizoli
- Rita de Cássia Colman Simões
- Silvia Luciana Favaro*
- William Imamura
* Pesquisadores do NAPI EZC
Received: 30 March 2023
Accepted: 14 June 2023
Published: 06 July 2023
DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-023-08700-3
Abstract
Solid-state cooling based on caloric effects is an alternative to traditional vapor-compression refrigeration systems. This technique and the solid-state materials have received great attention in recent decades. For example, the elastomers are promising because they have high values of adiabatic temperature change (ΔTS) and isothermal entropy change (ΔST). However, their thermal conductivity is limited, which is a fundamental property for heat transfer. Hence, in this work, we characterized the mechanocaloric effect in natural graphite/thermoplastic polyurethane (NG/TPU) composites. The pure TPU and its NG/TPU composites were characterized by their thermal and mechanical properties. The NG/TPU composites presented ΔTS = 8.6 K and ΔST = 35 J kg−1 K−1, which correspond to a maximum reduction of 28 and 45% in the ΔTS and ΔST, respectively, when compared to pure TPU, but with an increase of 500% in thermal conductivity. We reported no significant reduction in the ΔTS for the composites after 105 compression cycles. Our findings combine a large mechanocaloric effect with the unique characteristics of TPUs and the enhanced thermal conductivity of its NG/TPU composites.
Resumo
O resfriamento de estado sólido baseado em efeitos calóricos é uma alternativa aos sistemas tradicionais de refrigeração por compressão de vapor. Esta técnica e os materiais de estado sólido têm recebido grande atenção nas últimas décadas. Por exemplo, os elastômeros são promissores porque apresentam altos valores de mudança adiabática de temperatura (ΔTS) e mudança de entropia isotérmica (ΔST). No entanto, a sua condutividade térmica é limitada, o que é uma propriedade fundamental para a transferência de calor. Assim, neste trabalho, caracterizamos o efeito mecanocalórico em compósitos naturais de grafite/poliuretano termoplástico (NG/TPU). O TPU puro e seus compósitos NG/TPU foram caracterizados em suas propriedades térmicas e mecânicas. Os compósitos NG/TPU apresentaram ΔTS = 8,6 K e ΔST = 35 J kg−1 K−1, o que corresponde a uma redução máxima de 28 e 45% no ΔTS e ΔST, respectivamente, quando comparado ao TPU puro, mas com um aumento de 500% na condutividade térmica. Não observamos redução significativa no ΔTS para os compósitos após 105 ciclos de compressão. Nossas descobertas combinam um grande efeito mecanocalórico com as características únicas dos TPUs e a melhor condutividade térmica de seus compósitos NG/TPU.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
