Estos materiales podrían ser utilizados para enfriar computadoras y edificios, y recolectar calor residual en los automóviles
Tomado por Juan Lauro Aguirre
Por Prachi Patel, tomado de technology review
El uso de materiales termoeléctricos de alta eficiencia podría conducir a nuevos tipos de sistemas de refrigeración y nuevas formas de atrapar calor residual para generar electricidad. Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York (EE.UU.), han desarrollado un proceso fácil y barato para producir dichos materiales.
Creados por el equipo de IPR, estos materiales ya poseen un rendimiento igual a los que se encuentran en el mercado. Por otro lado el nuevo proceso, consistente en colocar productos químicos en un horno microondas, aún puede mejorar. «Ni siquiera lo hemos optimizado aún», afirma Ganpati Ramanath, profesor de Ciencias de los Materiales e Ingeniería en el IPR: «Estamos seguros de que podremos aumentar la eficiencia».
Los materiales termoeléctricos convierten el calor en electricidad, y viceversa. Se utilizan en aplicaciones especializadas, tales como la generación de energía en naves espaciales y en los asientos de automóvil con temperatura controlada. Si fueran más baratos y eficientes quizá podrían ser usados para crear refrigeradores ligeros, sistemas de enfriamiento para chips de computadora y para edificios, así como para usar el calor de escape del automóvil para proporcionar energía a los faros y a la radio.
Un buen material termoeléctrico debe ser capaz de conducir bien la electricidad, y hacer lo contrario con el calor; o sea, ser buen conductor eléctrico y mal conductor térmico. Una forma de aumentar la eficiencia de la transferencia de calor de estos materiales consiste en incluir características a escala de los nanómetros que bloqueen el flujo de calor sin restringir la corriente eléctrica.
Los investigadores han creado materiales nano-estructurados mediante la descomposición de cristales en polvo fino. Sin embargo, este proceso usa mucha energía y solo da como resultado materiales termoeléctricos de tipo p y alta eficiencia, una clase de material rica en partículas con carga positiva llamadas agujeros. Sin embargo, tanto los materiales de tipo p y como los de tipo n (que poseen una enorme cantidad de electrones) son necesarios para crear dispositivos prácticos.
«Hemos demostrado que podemos producir tanto materiales de tipo p como n, además de hacerlo a muchas escalas y de forma más rentable», indica Ramanath. «Podemos generar cantidades en gramos en cuestión de minutos».
Ramanath y sus colegas generan una solución a partir de materias primas como el telurio y el cloruro de bismuto en un solvente orgánico, y la colocan en un horno de microondas doméstico durante 2 ó 3 minutos. Obtienen una solución con nano-placas hexagonales, que más tarde prensan y calientan para crear nano-esferas. Mediante el uso de un disolvente con azufre, los investigadores obtienen las nano-placas de tipo n con algunos átomos (dopadas) de azufre.
La técnica, presentada en un artículo de Nature Materials publicado en Internet hace unas pocas semanas, produce materiales de tipo p tan eficientes como los mejores que existen actualmente en el mercado, mientras que los materiales de tipo n son al menos un 25 por ciento más eficientes. Uno de los mayores fabricantes comerciales de dispositivos termoeléctricos está interesado en adoptar los nuevos materiales y procesos.
«Este es el primer material nano-estructurado de tipo n con un alto valor [de eficiencia]», señala John Badding, profesor de química en la Universidad Penn State.
El descubrimiento clave del trabajo de IPR, según Badding, es que los investigadores están construyendo los materiales nano-estructurados desde cero usando procesos químicos. Esto significa que pueden ajustar las propiedades de los componentes y su ensamblaje para mejorar las propiedades del material. «La forma en que están produciendo el material es de gran importancia», indica. «La esperanza es que en el futuro, este tipo de método pueda conducir a una mayor eficacia».
