A new plastic crystal composition with thermal energy storage potential

Abstract

Plastic crystals are supramolecular materials with a long-range crystallographic order that go through a phase transition to a phase where the crystal structure is maintained but a local structural disorder is introduced. This phase transition is a mesophase transition, and it is a solid-solid transition where the molecules gain enough free energy so they can rotate freely but there are still weak interactions that maintain the crystal structure. Due to this higher entropy change, these types of compounds can store more energy than other solid-solid state materials. Bis-[(3,4-dimethylphenyl)oxonium](dibromo dichloro zincate) ((DMP)2 [ZnBr2Cl2]) is a new composition with thermal energy storage potential that has been synthetized by in this project, with the aim of identifying new plastic crystal compositions. As the structure of the material was unknown, it was determined with X-ray diffraction, and the thermal properties of the material were studied using differential scanning calorimetry, so the different phase transitions of the material and its properties could be determined and decide whether or not the material is a plastic crystal. The results showed that small modifications of the synthesis change the crystal habit and properties of the final crystals. The DSC analyses showed that the material has a phase transition in a temperature range below 100 ºC that might be applicable to domestic (personal housing) applications, rather than industrial applications.

Los cristales plásticos son unos materiales supramoleculares con un gran orden cristalográfico que tienen transiciones de fase a fases donde la estructura cristalina se mantiene, pero aparece un desorden estructural local. Esta transición de fase es conocida como la transición de mesofase, y es una transición sólido-sólido donde las moléculas ganan suficiente energía libre, por lo que pueden rotar libremente, pero aún mantienen interacciones débiles que mantienen la estructura cristalina. Estos compuestos tienen un mayor cambio de entropía en la transición a la mesofase que otros materiales con transiciones de fase sólido-sólido, con lo que pueden almacenar más energía. Bis-[(3,4-dimetilfenil)oxonio](dibromo dicloro zincato) ((DMP)2 [ZnBr2Cl2]) es un nuevo material con potencial de almacenamiento de energía térmica. Este compuesto ha sido sintetizado en este proyecto con el objetivo de identificar nuevas composiciones de cristales plásticos. La estructura de este material era desconocida, así que ha sido determinada por difracción de rayos X, y las propiedades térmicas del material han sido estudiadas utilizando calorimetría diferencial de barrido (DSC), para poder determinar las diferentes transiciones de fase del material y sus propiedades para poder determinar si es un cristal plástico o no. Los resultados del proyecto demostraron que pequeñas modificaciones del método de síntesis pueden cambiar el hábito cristalino y las propiedades de los cristales obtenidos. Los análisis de DSC mostraron que el material tiene una transición de fase en un rango de temperaturas menor de 100 ºC que puede ser usado para aplicaciones domésticas (vivienda personal), en lugar de aplicaciones industriales.