Nei laboratori della Clemson University del South Carolina, la creazione di un materiale termoelettrico ibrido pone le basi per nuove forme di energia elettrica in futuro.
Come si definisce un materiale termoelettrico?
I materiali termoelettrici sono quei materiali in grado di convertire direttamente il calore in elettricità, cioè quando una differenza di temperatura crea un potenziale elettrico o viceversa.
Alla base di questo comportamento ci sono diversi fenomeni, a seconda della “direzione” in cui agisce la proprietà della materia presa in considerazione:
- Effetto Peltier: creazione di un flusso di calore da una corrente elettrica;
- Effetto Seebeck: creazione di una tensione da una differenza di temperatura;
- Effetto Thomson: riscaldamento o raffreddamento reversibili all’interno di un conduttore quando è presente sia una corrente elettrica, sia un gradiente di temperatura.
Tutti i materiali possono essere definiti termoelettrici, ma solitamente la variazione è così piccola che non viene presa in considerazione, in quanto inutilizzabile.
Il nuovo materiale termoelettrico
Un professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia della Clemson University, Jian He, ha unito le forze con collaboratori provenienti da Cina e Danimarca, coinvolgendo scienziati della Shanghai Jiaotong University, dello Shanghai Institute of Ceramics e SUSTech in Cina e dell’Aarhus University in Danimarca per creare un nuovo composto termoelettrico ad alte prestazioni, potenzialmente rivoluzionario.
Il suo lavoro è cominciato con l’analisi della struttura atomica dei materiali, ovvero il modo in cui gli atomi si dispongono nello spazio e nel tempo. Da questa prospettiva, i materiali solidi si dividono in cristallini o amorfi: nei cristalli, gli atomi sono disposti in uno schema ordinato e simmetrico, mentre i materiali amorfi hanno atomi distribuiti casualmente.
Il team internazionale ha creato invece un nuovo composto ibrido unico nel suo genere.
I ricercatori hanno creato questo materiale ibrido mescolando intenzionalmente elementi dello stesso gruppo sulla tavola periodica, ma con dimensioni atomiche diverse. In particolare, hanno usato le discrepanze di dimensioni atomiche tra zolfo e tellurio e tra rame e argento per creare un nuovo composto (Cu1-xAgx)2(Te1-ySy) in cui i sottoreticoli cristallini e amorfi si intrecciano in un’unica dualità cristallo-amorficità. Il nuovo composto ha mostrato eccellenti prestazioni termoelettriche.
“Se hai una struttura atomica unica o particolare, ti aspetteresti di vedere proprietà molto insolite perché le proprietà seguono la struttura” ha affermato Jian He.
“Il nuovo materiale si comporta bene, ma la cosa più importante è come raggiunge quel livello di prestazioni. (…) Tradizionalmente, i materiali termoelettrici sono cristalli. Il nostro materiale non è puro cristallo e dimostriamo di poter raggiungere lo stesso livello di prestazioni con un materiale con una nuova struttura atomica”.
Ci si aspetta che il nuovo materiale comincerà a influenzare le applicazioni tra 10 e 20 anni, ma nel frattemopo il futuro di questa ricerca è luminoso!
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