Mayor estabilidad, mejor conducción y mucho más barato. Este material podría cambiar todo lo que sabemos sobre electricidad
El nuevo método permite reducir la coherencia de las vibraciones reticulares y aumentar la movilidad de los portadores de carga
Un equipo de científicos ha logrado producir nuevos y eficientes materiales termoeléctricos que podrían ofrecer más estabilidad que otros materiales de vanguardia, reduciendo a su vez su coste. Los materiales termoeléctricos son aquellos que pueden convertir el calor en electricidad directamente, y viceversa, a través de dos fenómenos físicos: el efecto Seebeck o efecto Peltier.
El efecto Seebeck se produce cuando hay una diferencia de temperatura entre los dos extremos de un material termoeléctrico, haciendo que los electrones se muevan desde el lado caliente hasta el frío, generando así una corriente eléctrica. De este modo, el calor residual se convierte en electricidad. Por su parte, se produce el efecto Peltier cuando se aplica una corriente eléctrica al material, generando una diferencia de temperatura entre sus extremos. Se usa, entre otros, en refrigeradores sin partes móviles o sistemas de enfriamiento para componentes electrónicos.
Estos investigadores aseguran que los buenos materiales termoeléctricos son aquellos que conducen bien la electricidad, pero que, a su vez, no transportan bien el calor. Esta afirmación resulta curiosa cuanto menos, ya que los buenos conductores eléctricos, por norma general, también son buenos conductores del calor.
Un nuevo método para desarrollar materiales híbridos
Fabian Garmroudi, investigador que dirigió el experimento | Fotografía de David Visnjic
Al parecer, para aumentar la eficiencia de los materiales, es importante la supresión simultánea tanto del transporte de calor como de las vibraciones reticulares e incrementar la movilidad de los electrones. Hasta el momento, era un obstáculo que dificultaba la investigación. Los nuevos materiales son interesantes para el suministro de energía autónomo y de microsensores y otros componentes electrónicos de ínfimo tamaño.
En la materia sólida, el calor se transfiere tanto por portadores de carga móviles como por vibraciones atómicas en la red cristalina. En materiales termoeléctricos, buscamos principalmente suprimir el transporte de calor a través de las vibraciones reticulares, ya que no contribuyen a la conversión de energía - Fabian Garmroudi, doctor en la Universidad Técnica de Viena y autor del estudio
El estudio, que se puede consultar en la revista Nature, demuestra que al incorporar el aislante topológico arquetípico Bi1−xSbx, química y estructuralmente distinto, en los límites de grano, se puede desacoplar el transporte de carga y calor, lo que resulta en una reducción de κL y, simultáneamente, en un aumento inesperado de μW.
"Gracias al Premio Lions, pude desarrollar nuevos materiales híbridos en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón que presentan propiedades termoeléctricas excepcionales", comentó Garmroudi sobre su estancia en Japón como parte de su investigación para la Universidad Técnica de Viena.
En su investigación, mezcló polvo de una aleación de hierro, vanadio, tántalo y aluminio (Fe₂V₃Ta₃Al₃) con polvo de bismuto y antimonio (Bi₃Sb₃) y se comprimió a alta presión y temperatura hasta obtener un material compacto. No obstante, debido a sus diferentes propiedades químicas y mecánicas, ambos componentes no se mezclan a nivel atómico. En cambio, el material BiSb₃ se deposita preferentemente en las interfaces micrométricas entre los cristales de la aleación FeV₂TaAl₃.