Workshop Brasileiro em Efeitos i-Calóricos

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De 30 a 31 de março Todos os dias das 09h00 às 17h30
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Sobre o Evento

Atualmente a comunidade científica está em busca de um refrigerador compacto, ecologicamente correto e com baixo consumo de energia operando em torno da temperatura ambiente. Essa busca se dá principalmente pelas complicações da refrigeração por compressão a gás, que têm eficiência relativamente baixa e ainda utiliza gases com significativo potencial de aquecimento global. Dessa forma, materiais sólidos refrigerantes, baseados nos efeitos i-calóricos, aparecem como boas alternativas. A investigação científica em materiais que apresentam os efeitos i-calóricos atraem pesquisadores de diversas áreas por todo mundo, e não é diferente no Brasil, que participou ativamente de diversas descobertas importantes para área. Atualmente, o Brasil conta com alguns grupos experimentais e teóricos, contudo, um evento específico da área ainda não existe.

É neste contexto que o projeto tem como objetivo conectar a comunidade científica, nacional e internacional, relacionada aos efeitos i-calóricos com a organização do Workshop Brasileiro em Efeitos i-Calóricos (WBEiC) 2022. Corresponde a um evento gratuito, em português e online. Serão dois dias de evento, com apresentações de pesquisadores convidados de instituições nacionais e internacionais, alunos de pós-graduação e de graduação. Deste modo, o WBEiC se apresenta como uma importante ferramenta de incentivo a pesquisa na área, e também, como uma forma de atrair novos interessados, sendo estes, alunos de graduação, pós-graduação, ou pesquisadores.

Palestrantes confirmados:

Pedro von Ranke (Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Brasil)

Nilson A. Oliveira (Universidade Estadual do Rio de Janeiro, Brasil)

Jaime L. Cadena (Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil)

Mario Reis (Universidade Federal Fluminense, Brasil)

Luana Caron (Universidade de Bielefeld, Alemanha)

Vinícius Gomes (Universidade Federal Fluminense, Brasil)

INSTRUÇÕES PARA INSCRIÇÃO:

O registro de participação será realizado gratuitamente através da plataforma Doity até o dia 25 de Março de 2022

Comissão Organizadora WBEiC 2022:

Alexandre M. G. Carvalho (Universidade Federal de São Paulo)

Bruno de Pinho Alho (Universidade Estadual do Rio de Janeiro)

Paula O. Ribeiro Alho (Universidade Estadual do Rio de Janeiro)

Paulo Vinícius Trevizoli (Universidade Federal de Minas Gerais)

Vivian M. Andrade (Universidade do Porto, Portugal)

Palestrantes

  • Guilherme Fidelis Peixer
  • Fábio Pinto Fortkamp
  • Lucas Paixão
  • Vivian M. Andrade
  • Luana Caron
  • Pedro Henrique Oliveira Faria
  • João Amaral
  • Nilson A. de Oliveira
  • Rodrigo Soares
  • João Horta Belo
  • André R. Muniz
  • Catalina Salazar-Mejia
  • Mario S Reis
  • Pedro J. von Ranke
  • Vinicius Gomes
  • Paulo V. Trevizoli
  • Jaime A. Lozano Cadena
  • Erik Usuda

Programação

09h50 Abertura - Prof. Alexandre M. G. Carvalho Abertura
Abertura - Prof. Alexandre M. G. Carvalho
Local: Sala 1

Abertura do Workshop Brasileiro em Efeitos i-calóricos (WBEiC 2022)

10h00 - Nilson A. de Oliveira Efeitos calóricos: anomalias e mecanismos físicos Apresentação Oral
Local: Sala 1

Os efeitos calóricos são importantes tanto do ponto de vista tecnológico na fabricação dos refrigeradores de estado sólido, quanto do ponto de vista da física fundamental. Apesar dos inúmeros trabalhos teóricos e experimentais publicados na literatura, muitos aspectos importantes, como os efeitos das interações microscópicas de curto alcance, flutuações de spin, desordem, pressão e as contribuições da rede cristalina e da dimensão da amostra para as grandezas calóricas ainda não são bem compreendidos. Neste trabalho, iremos apresentar e discutir anomalias que foram observadas nas grandezas calóricas de alguns compostos. Dentro desse contexto, vamos abordar qualitativa e quantitativamente os processos de aquecimento e resfriamento de materiais sob a influência de agentes externos, analisando a importância das interações microscópicas e as suas contribuições para a determinação dos comportamentos usuais e anômalos das grandezas calóricas. Esse estudo teórico será feito adotando modelos hamiltonianos específicos que levam em consideração a natureza física de cada composto estudado.

10h30 - Guilherme Fidelis Peixer Aplicação de técnicas de Machine Learning na modelagem de Regeneradores Magnético-Ativos Apresentação Oral
Local: Sala 1

A modelagem de regeneradores magnético-ativos é baseada majoritariamente na solução das equações de conservação acopladas a relações de fechamento empíricas por metodologias numéricas ou semi-analíticas. Apesar de ser um método estabelecido, a complexidade dos modelos, perda de acurácia por hipóteses simplificadoras e custo computacional pode prejudicar a implementação de tais métodos. Para atacar tais limitações, metodologias orientadas a dados e técnicas de Machine Learning têm sido utilizadas na modelagem de processos, componentes e sistemas de engenharia. O presente trabalho tem como objetivo comparar a capacidade de diversos algoritmos de Machine Learning na modelagem de Regeneradores Magnético-Ativos, bem como as oportunidades e potenciais para aplicação em sistemas de refrigeração magnética.

10h50 - João Horta Belo Cinética das transições de fase em materiais magnetocalóricos Apresentação Oral
Local: Sala 1

Sistemas de aquecimento, refrigeração e ar condicionado são responsáveis por 7.8 % de todas as emissões de gases de efeito de estufa. A refrigeração magnética tem o potencial de reduzir este impacto significativamente através da eliminação destes gases como refrigerantes e, simultaneamente através do desenvolvimento de dispositivos de maior eficiência energética. A operação de um dispositivo de refrigeração magnética ocorre em ciclos, nos quais o material activo (magnetocalórico) exibe transições de fase quando é exposto à aplicação/remoção de um campo magnético. Estudos recentes revelaram que estas transições de fase podem ocorrer ao longo de janelas temporais significativas mesmo nos materiais magnetocalóricos mais promissores, o que pode inviabilizar a aplicação destes materiais em potenciais refrigeradores magnéticos. Neste trabalho, expomos a cinética de transições de fase de primeira-ordem em 3 materiais magnetocalóricos distintos (Gd5Si2Ge2, Gd5Si0.5Ge3.5, LaFe11.6Si1.4) através de estudos de magnetização, e deformação microestrutural dependentes do tempo. Confirmamos a importância de entender o comportamento dependente do tempo destes materiais para aplicações e identificamos diferenças qualitativas entre materiais, entre as medidas de magnetização e deformação e entre os resultados obtidos neste trabalho e na literatura. Adicionalmente, é proposta e testada uma nova técnica para medir o efeito magnetocalórico diretamente (a diferença de temperatura adiabática) através de magnetometria dependente do tempo, que poderia tornar a avaliação da performance destes materiais mais acessível a grupos de investigação sem equipamento especializado e assim acelerar o progresso para esta nova tecnologia.

11h10 - Jaime A. Lozano Cadena MagChill: O desenvolvimento de um condicionador de ar operado por uma unidade de refrigeração magnética Apresentação Oral
Local: Sala 1

Nesta apresentação será mostrado um panorama geral dos desenvolvimentos realizados na tecnologia de refrigeração magnética pelo grupo de pesquisa em Refrigeração Magnética (PoloMag) do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Refrigeração e Termofísica (INCT-RT), Polo, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Será dado foco ao desenvolvimento e resultados preliminares do protótipo TRL-6 de um condicionador de ar operado por uma unidade de refrigeração magnética.

11h40 Almoço Almoço
Almoço
Local: Sala 1

Pausa para o Almoço

13h10 - Luana Caron A culpa é da histerese térmica: medidas para o cálculo da variação de entropia, reversibilidade e refrigeração magnética Apresentação Oral
Local: Sala 1

Com o avanço da busca por compostos e ligas magnéticas apresentando variações de entropia e de temperatura úteis para aplicações, a pesquisa em magnetocalóricos concentrou-se em transições de primeira ordem. O foco em transições de primeira ordem, que intrinsecamente apresentam diversos graus de histerese térmica, trouxe consigo desafios uma vez que medidas para caracterizar as duas grandezas relevantes do efeito magnetocalórico dependem do histórico termodinâmico e do método de medida em si. Finalmente, a construção dos primeiros protótipos de refrigeradores magnéticos deixou clara a importância das quantidades ciclicamente reversíveis e portanto úteis para ciclos de refrigeração magnética.
Nesta apresentação farei um apanhado sobre as grandezas intrínsecas do efeito magnetocalórico, as medidas das quais são derivadas e a importância dos protocolos e métodos de medida e como consideramos as quantias cíclicas para aplicações.

13h40 - Lucas Paixão Calor específico sob campo externo obtido a partir da variação adiabática de temperatura Apresentação Oral
Local: Sala 1

Calor específico e entropia são propriedades termodinâmicas relevantes que podem ser usadas para sondar propriedades microscópicas de materiais, seja sob condições ambientes ou sob campo externo aplicado. No entanto, medidas de calor específico sob campos intensos são geralmente desafiadoras. Neste trabalho, um método para obter o calor específico de materiais sob campos externos é descrito: dados de calor específico em condições ambientes bem como a variação adiabática de temperatura são usados para calcular o calor específico sob campo externo. As equações nas quais o método proposto se baseia são descritas, e os resultados obtidos para o calor específico são comparados com dados experimentais. Observa-se uma concordância satisfatória com dados disponíveis na literatura para o calor específico de materiais sob pressão, campo elétrico e campo magnético.

14h00 - Paulo V. Trevizoli Análise Termodinâmica de Motores Termomagnéticos operando segundo o Ciclo Brayton Apresentação Oral
Local: Sala 1

A busca por meios mais eficientes de se produzir e utilizar energia é um problema de Engenharia que acompanha a humanidade. No cenário atual, essa busca tem focado em sistemas de cogeração, que permitem a elevação do rendimento global de ciclos termodinâmicos. Entre os exemplos desses sistemas estão os motores termomagnéticos, os quais vêm se apresentando como alternativas para o aproveitamento de energia térmica de baixo potencial. O objetivo principal desse trabalho é modelar matematicamente o ciclo termomagnético de Brayton por meio de rotinas computacionais em Python, para a análise e comparação do trabalho específico e dos rendimentos de primeira e segunda lei da termodinâmica. Alguns tipos de perdas, como o campo desmagnetizante interno e processos de variação de campo magnético não adiabáticos foram implementados, e seus impactos sobre o desempenho térmico dos motores é avaliado.

14h30 - André R. Muniz Análise do efeito barocalórico colossal em parafinas de cadeia longa Apresentação Oral
Local: Sala 1

Neste trabalho são apresentados resultados experimentais e de uma análise teórico-computacional para demonstrar um efeito barocalórico colossal observado em alcanos lineares (parafinas) de cadeia longa. Experimentos de compressão adiabática com eicosano (C20H42) mostraram que variações significativas de temperatura (até ~38 K) são alcançadas para pressões aplicadas de até 218 MPa, que dependem da temperatura inicial e são intensificadas na presença de uma transição de fase líquido-sólido induzida pela pressão. Uma análise termodinâmica empregando dados PvT da literatura mostra que um comportamento similar é observado para outros alcanos lineares de cadeia longa, como hexadecano (C16H32) e ??dodecano (C12H26), e que substanciais variações de entropia podem ser alcançadas mediante compressão isotérmica em condições próximas à transição de fase. Simulações de Dinâmica Molecular foram usadas para realizar testes de compressão adiabática e isotérmica, visando investigar mudanças estruturais e energéticas relevantes nos alcanos em nível molecular, ajudando a explicar as razões para as altas mudanças ??de temperatura e entropia, mesmo na ausência de mudança de fase. Estas simulações também foram usadas para prever a resposta barocalórica de parafinas de mais alto peso molecular (até C32) e avaliar a influência do tamanho de cadeia nas variações de temperatura e entropia observadas. Nossos resultados mostram que essas parafinas lineares apresentam um desempenho barocalórico superior à maioria dos reportados para outros materiais até agora, e são candidatos promissores para o desenvolvimento de sistemas de refrigeração baseados no efeito barocalórico.

15h00 - Pedro Henrique Oliveira Faria Modelagem de um Regenerador Barocalórico Ativo utilizando borracha PDMS para aplicações em Refrigeração Apresentação Oral
Local: Sala 1

Os sistemas de resfriamento calórico de estado sólido são investigados há aproximadamente 70 anos, mas, em geral, ainda apresentam desempenho inferior aos dispositivos de resfriamento por compressão de vapor. Entretanto, as preocupações ambientais e de segurança relacionadas aos fluidos refrigerantes vêm crescendo continuamente. Também motiva a execução do presente estudo a recente descoberta de efeitos barocalóricos gigantes em alguns elastômeros, somada à escassez de modelos teóricos reportados na literatura para avaliar o potencial destes materiais para serem aplicados como refrigerantes de estado sólido em regeneradores calóricos ativos. Esta pesquisa contribui para preencher essa lacuna ao propor um modelo matemático com uma solução híbrida analítico-numérica para os problemas de mecânica dos fluidos e transferência de calor em um refrigerador barocalórico idealizado, que usa borracha PDMS (polidimetilsiloxano) como refrigerante e a geometria de placas paralelas para a matriz. Com uma série de simplificações no modelo matemático do escoamento, aplica-se uma solução analítica para esta parte do modelo. Obtendo daí o campo transiente de velocidades do fluido no dispositivo, o modelo térmico é então resolvido pelo Método de Volumes Finitos (MVF). É feito um estudo de refino de malha e posteriormente são realizadas simulações para avaliar a influência de alguns parâmetros operacionais e geométricos na potência de refrigeração gerada. A máxima amplitude de temperatura encontrada foi 21,4 K em condições sem carga e a capacidade máxima de refrigeração simulada foi de 59,4 W, no caso de amplitude de temperatura nula.

10h00 - João Amaral Considerações sobre magnetometria SQUID no estudo de materiais magnetocalóricos Apresentação Oral
Local: Sala 1

O efeito magnetocalórico de um dado refrigerante magnético é tipicamente avaliado através do cálculo da variação isotérmica de entropia, ?SM(T), usando para isso dados de M(T,H) obtidos por magnetometria. Uma correta determinação de M(T,H) é então crucial para uma avaliação fiável da performance de um dado material como refrigerante magnético. Na primeira parte deste trabalho será discutido o impacto e correção de efeitos da geometria da amostra em medidas de magnetometria, focando em particular o equipamento MPMS3, um magnetómetro SQUID comercializado pela Quantum Design [1]. Na segunda parte do trabalho propomos uma metodologia para estimar diretamente a variação de temperatura adiabática ?Tad(T) por magnetometria dependente do tempo usando um MPMS3 [2]. Comparamos os resultados obtidos através deste método com os da bibliografia, para uma amostra policristalina de Gadolínio. Atendendo às condições não-adiabáticas da amostra, os dados são analisados de modo a compensar as perdas térmicas da amostra durante o varrimento de campo (70 mT/s, 28 s para obter um campo de 2T). Usando valor intermédio de compensação temporal, obteve-se um desvio de -4% do valor máximo de ?Tad(T), -0.7% do valor de temperatura para ?Tad(T) máximo e 11% da largura a meia altura, comparando com dados de referência [3].

[1] C. O. Amorim, F. Mohseni, R. Dumas, V. S. Amaral, J. S. Amaral, “A geometry-independent moment correction method for the MPMS3 SQUID-based magnetometer”, Meas. Sci. Technol. 32 105602 (2021)

[2] R. Almeida, C. O. Amorim, J. S. Amaral, J. P. Araújo, J. H. Belo, “Direct measurement of the magnetocaloric effect through time-dependent magnetometry”, in preparation (2022)

[3] S. Yu. Dan’kov, A. M. Tishin, V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner, Jr., “Magnetic phase transitions and the magnetothermal properties of gadolinium”, Phys. Rev. B 57 3478 (1998)

10h30 - Fábio Pinto Fortkamp Projeto Otimizado de Circuitos Magnéticos para Aplicações em AMRs Apresentação Oral
Local: Sala 1

O circuito magnético em um sistema magnetocalórico representa um dos maiores custos e volumes do projeto, e um projeto viável deve minimizar esses fatores ao mesmo tempo em que gera campos altos sobre uma região grande o suficiente para conter os regeneradores. Nessa apresentação vamos explorar os principais desafios do projeto otimizado de circuitos magnéticos, as soluções apresentadas na literatura e seus problemas, e vamos apresentar uma abordagem inovadora baseada na otimização computacionalmente eficiente dos parâmetros do circuito com o objetivo de atingir um perfil magnético alvo. Essa técnica baseada na forma de onda magnética, em contraponto a figuras de mérito globais, permite o melhor acoplamento de modelos de circuitos magnéticos com modelos de AMRs, já que estes usam o perfil como entrada. Vamos mostrar como essa abordagem resultou em dois protótipos construídos de refrigeradores magnéticos e como o uso combinado deste modelo com técnicas de aprendizado de máquina permite explorar um grande número de casos de projeto com baixo custo computacional.

10h50 - Vivian M. Andrade Análise e perspectivas do efeito barocalórico em elastômeros e cristais plásticos Apresentação Oral
Local: Sala 1

Nas últimas décadas surgiram vários relatórios descrevendo novos materiais com desempenhos i-calóricos crescentes, mas ainda necessitando de melhorias de desempenho para se tornar uma alternativa economicamente viável para refrigeração doméstica. Nos últimos anos, o efeito barocalórico gigante e colossal em elastômeros e cristais plásticos tem sido reportados em revistas de alto fator de impacto. Estes materiais, de estruturas complexas, também vêm recebendo considerável interesse devido às suas impressionantes propriedades ópticas, mecânicas e de transporte. Do ponto de vista ambiental, além de contribuir para a redução da emissão de gases de efeito estufa (característica da tecnologia de estado sólido), os elastômeros apresentaram apelo à reciclagem, por meio da possibilidade de mistura com resíduos de borracha. Enquanto que os cristais plásticos apresentam maiores efeitos barocalóricos devido às interações inter e intra-moleculares. Nesse sentido, esta revisão tem o objetivo de coletar, organizar e comparar os resultados da literatura para fornecer um panorama sobre o assunto.

11h10 - Catalina Salazar-Mejia Experimentos em campos magnéticos pulsados: uma ferramenta poderosa para estudar materiais multicalóricos Apresentação Oral
Local: Sala 1

As instalações de campo pulsado são conhecidas pelos altos campos magnéticos que podem produzir (até 100 Tesla). Por outro lado, para aplicações em refrigeração magnética, os campos magnéticos de até 2 T entram em questão. Portanto, a realização de experimentos com campos magnéticos pulsados para estudar materiais multicalóricos parece ser, pelo menos à primeira vista, supérfluo. No Dresden High Magnetic Field Laboratory, desenvolvemos a técnica para medir diretamente a variação de temperatura da amostra sob campos aplicados que podem ir além de 50 T. A curta duração do pulso (normalmente entre 10 a alguns 100 ms) proporciona boas condições adiabáticas durante o experimento permitindo a medição direta da variação adiabática de temperatura de um material, ΔTad, sem qualquer perda de calor. Além de medir o ΔTad de nossas amostras, mostramos que os campos magnéticos pulsados são uma ferramenta poderosa para estudar e caracterizar materiais multicalóricos. O regime de campos altos permite determinar, por exemplo, o valor de saturação do efeito magnetocalórico e sua máxima extensão em temperature ou podemos induzir a transição do material em uma ampla faixa de temperatura. Efeitos irreversíveis devido à histerese, dinâmica de transição ou a dependência do protocolo de medição do efeito magnetocalórico são geralmente estudados em detalhes em nossas medições. Além disso, a possibilidade de combinar diferentes técnicas e medir simultaneamente a magnetostricção, magnetização e variações de temperatura de uma amostra dá uma visão completa das propriedades do material. Em minha palestra, apresentarei a técnica para determinar diretament o efeito magnetocalórico em campos magnéticos pulsados e mostrarei alguns exemplos de ligas de Heusler.
Referencias:
Ghorbani Zavareh et al., Appl. Phys. Lett. 106, 071904 (2015)
T. Gottschall et al., Phys. Rev. B 99, 134429 (2019)
C. Salazar Mejia et al., J. Appl. Phys. 117, 17E710 (2015)
T. Gottschall et al., J. Appl. Phys. 127, 185107 (2020)
Salazar Mejia, et al., Phys. Rev. Appl. 11, 054006 (2019)

11h40 Almoço Almoço
Almoço
Local: Sala 1

Pausa para o Almoço

13h10 - Pedro J. von Ranke Efeito barocalórico no complexo com transição de spin {Fe[H2B(pz)2]2(bipy)} Apresentação Oral
Local: Sala 1

Os complexos com transição de spin (spin crossover, SCO) têm uma assinatura bastante marcante de uma enorme mudança de volume acoplada com uma conversão de baixo ↔ alto spin em torno de uma temperatura crítica, que pode ser ajustada com pressão em um largo intervalo de temperatura. Discutiremos o efeito barocalórico no complexo de spin crossover {Fe[H2B(pz)2]2(bipy)} (bipy = 2,2'-bipiridina) do ponto de vista teórico. Os dados experimentais, obtidos indiretamente, revelaram um efeito barocalórico gigante, através da variação isotérmica da entropia (ΔST = 83 J / kg K) em torno de T = 273 K para uma variação moderada da pressão hidrostática (ΔP = 2 kbar). Os resultados teóricos, obtidos a partir de um modelo microscópico, mostraram uma notável concordância com os dados experimentais.

13h40 - Erik Usuda Uma visão geral do efeito barocalórico em elastômeros: uma alternativa barata, sustentável e efetiva para refrigeração de estado sólido Apresentação Oral
Local: Sala 1

Nos últimos anos, o efeito barocalórico em polímeros, especialmente elastômeros, têm mostrado resultados promissores com variações de temperatura e entropia gigantes. Estes materiais se apresentam como uma boa alternativa entre tantos outros materiais calóricos devido a sua boa performance em uma larga faixa de temperatura em torno da ambiente. Além disso, são materiais de baixo custos de produção e ecológicos. Aqui, iremos falar sobre o efeito barocalórico nesta classe de materiais, discutir o desempenho de alguns dos principais materiais estudados até agora (borracha natural, silicone acético, borracha nitrílica, entre outros) e comparar com outros materiais calóricos relevantes da literatura.

14h00 - Vinicius Gomes Novas ligas full Heusler para aplicações calóricas e em spintrônica Apresentação Oral
Local:

As ligas Heusler são importantes materiais magnéticos descobertos por Friedrich Heusler há mais de 100 anos; e, ainda hoje, continuam sendo objeto de intensa pesquisa. O sub grupo chamado full Heusler tem compostos com estequiometria X2YZ onde X e Y são metais de transição e Z é um metalóide. Particularmente, formam uma classe de materiais que exibe diferentes fenômenos interessantes, como efeitos calóricos e meia-metalicidade, o que lhes confere um caráter multifuncional, com aplicações potenciais na refrigeração de estado sólido e no campo da spintrônica. No entanto, também também apresentam baixa ductilidade mecânica, o que prejudica a sua exploração tecnológica. Nos últimos anos, a completa substituição do metalóide por uma terceira espécie de metal de transição surgiu como uma rota promissora para superar essa limitação. Esta abordagem deu origem a uma nova classe de ligas Heusler nomeadas “all-d-metal”, compostas apenas por metais de transição. Poucas composições foram estudadas até o momento, mas mostraram resultados promissores, aliando intensos efeitos calóricos, polarização de spin e alta ductilidade mecânica. Aqui, discutirei um artigo de revisão da literatura que publicamos recentemente [1], cobrindo os recentes avanços teóricos e experimentais neste tópico. Nele, abordamos questões essenciais decorrentes da ausência de metalóide, como a ocorrência de transição martensítica, estruturas cristalográficas, efeitos mecanocalóricos e polarização de spin. Destacamos também algumas questões em aberto, como regra de ocupação de sítios atômicos e a previsão teórica de meiometalicidade, que merecem maior atenção no futuro. Por fim, oferecemos algumas perspectivas que podem ajudar a orientar os próximo passos na busca por ligas Heusler otimizadas para aplicações tecnológicas.

References:

[1] V. G. de Paula and M. S. Reis. All-d-metal full heusler alloys: A novel class of functional materials. Chemistry of Materials 33, 14, 5483 - 5495, (2021) .

14h20 Break 1 Coffee break
Break 1
Local: Sala 1

Break

14h40 - Mario S Reis Transição de spin regulada por pressão: aplicações para o efeito barocalórico Apresentação Oral
Local: Sala 1

As transições de spin (SCO) ocorrem após uma forte competição entre o desdobramento de campo cristalino e a energia para emparelhar dois elétrons no mesmo orbital. Desta competição surgem dois estados: spin alto-HS (seguindo a regra de Hund padrão), ou spin baixo-LS (no qual os elétrons devem preencher os orbitais t2g antes de acessar os orbitais eg). Essa transição SCO pode ser regulada por estímulos externos, como temperatura, pressão e até radiação; e, devido a esse acoplamento magnetoestrutural intrínseco e forte, uma notável variação nos parâmetros estruturais pode ser observada ao longo da transição SCO. Como consequência, diversas aplicações são listadas para esses materiais, incluindo atuadores, sensores e, mais recentemente, refrigeração em estado sólido. Sandeman[1] foi o primeiro a observar o potencial calórico de compostos de spin crossover. Pouco depois, von Ranke[2] iniciou uma série de artigos teóricos para este efeito; e, mais recentemente, Reis compilou as ideias centrais em um artigo de revisão [3]. Para esta palestra, apresentaremos um modelo de campo médio para a fração molar de moléculas HS, reguladas pela pressão, incluindo o comportamento reentrante encontrado para esta quantidade. Um diagrama de fases temperatura-pressão também será apresentado, incluindo a região de histerese. Como aplicação do modelo, será considerado o efeito barocalórico e, seguindo as ideias de alguns autores [2,4,5], a entropia total será escrita como uma soma de diferentes contribuições: espacial, spin, fônons ópticos e acústicos. A partir dessas considerações, descreveremos esses termos entrópicos e seus respectivos significados físicos.

[1] Sandeman, Karl G. "Research Update: The mechanocaloric potential of spin crossover compounds." APL Materials 4.11 (2016): 111102.

[2] von Ranke, P. J. "A microscopic refrigeration process triggered through spin-crossover mechanism." Applied Physics Letters 110.18 (2017): 181909.

[3] Reis, Mario S. "Magnetocaloric and barocaloric effects of metal complexes for solid state cooling: review, trends and perspectives." Coordination Chemistry Reviews 417 (2020): 213357.

[4] Gütlich, Philipp, Andreas Hauser, and Hartmut Spiering. "Thermal and optical switching of iron (II) complexes." Angewandte Chemie International Edition in English 33.20 (1994): 2024-2054.

[5] Molnár, Gábor, et al. "Molecular spin crossover materials: Review of the lattice dynamical properties." Annalen der Physik 531.10 (2019): 1900076.

15h10 - Rodrigo Soares Propriedades magnetotérmicas dos compostos Dy1-xTbxAl2 (x = 0, 0.15, 0.25 e 0.40) Apresentação Oral
Local: Sala 1

As propriedades magnéticas e magnetocalóricas de compostos Dy1-xTbxAl2, com x = 0, 0.15, 0.25 e 0.40, modelados usando um Hamiltoniano que inclui as interações de troca entre íons Tb-Dy, Tb-Tb e Dy-Dy, além do campo elétrico cristalino e dos efeitos Zeeman. Com a finalidade de reproduzir temperaturas de ordenação ferromagnéticas globais observadas experimentalmente e temperaturas de transição de reorientação de spin conforme a variação de x, as interações de troca entre Tb-Dy e Tb-Tb foram definidas como parâmetros livres e ajustadas para corresponder aos resultados experimentais. Demonstramos que o calor específico de materiais policristalinos em campos magnéticos diferentes de zero pode ser satisfatoriamente reproduzida usando a média de múltiplas direções de campo magnético em relação ao sistema de coordenadas cristalográficas, enquanto um acordo razoavelmente bom entre os efeitos magnetocalóricos determinados experimentalmente e teoricamente previstos pode ser alcançado considerando uma média de apenas três direções de campo.

15h40 Encerramento - Prof. Paula O. R. Alho Encerramento
Local: Sala 1

Encerramento WBEiC2022

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