Los materiales termoeléctricos TE podrían desempeñar un papel clave en tecnologías futuras. Aunque las aplicaciones de estos notables compuestos han sido exploradas durante mucho tiempo, se limitan principalmente a dispositivos de alta temperatura. Recientemente, investigadores de la Universidad de Osaka, en colaboración con Hitachi,Ltd., desarrolló un nuevo material TE con un factor de potencia mejorado a temperatura ambiente. Su estudio, publicado en Physica Status Solidi RRL , podría ayudar a sacar estos materiales del nicho de alta temperatura y llevarlos a la corriente principal.
Los materiales TE muestran el efecto termoeléctrico: aplique calor en un lado y comienza a fluir una corriente eléctrica. Por el contrario, ejecute una corriente externa a través del dispositivo y se forma un gradiente de temperatura; es decir, un lado se calienta más que el otro.Interconvertiendo el calor y la electricidad, los materiales de TE pueden usarse como generadores de energía dada una fuente de calor o como refrigeradores dada una fuente de alimentación
El material TE ideal combina alta conductividad eléctrica, permitiendo que la corriente fluya, con baja conductividad térmica, lo que evita que el gradiente de temperatura se iguale. El rendimiento de la generación de energía depende principalmente del "factor de potencia", que es proporcional a ambosconductividad y un término llamado coeficiente de Seebeck.
"Desafortunadamente, la mayoría de los materiales de TE a menudo se basan en elementos raros o tóxicos", según el coautor del estudio Sora-at Tanusilp. "Para abordar esto, combinamos silicio, que es común en los materiales de TE, con iterbio,para crear siliciuro de iterbio [YbSi 2 ]. Elegimos el iterbio sobre otros metales por varias razones. Primero, sus compuestos son buenos conductores eléctricos. Segundo, YbSi 2 no es tóxico. Además, este compuesto tiene una propiedad específica llamada fluctuación de valencia que lo convierte en un buen material TE a bajas temperaturas ".
La primera ventaja de YbSi 2 es que los átomos de Yb ocupan una mezcla de estados de valencia, tanto +2 como +3. Esta fluctuación, también conocida como resonancia de Kondo, aumenta el coeficiente de Seebeck al mantener una alta conductividad eléctrica similar a un metal a baja temperatura y, por lo tanto, la potenciafactor.
Segundo, YbSi 2 tiene una estructura estratificada inusual. Mientras que los átomos de Yb ocupan planos de cristal similares al metal puro de Yb, los átomos de Si forman láminas hexagonales entre esos planos, que se asemejan a las láminas de carbono en grafito. Esto bloquea la conducción de calor a través del material, y por lo tantomantiene baja la conductividad térmica, preservando el gradiente de temperatura. Los investigadores creen que la conducción de calor se suprime aún más al controlar la estructura en nanoescala y los rastros de impurezas y otros defectos.
El resultado es un factor de potencia alentador de 2.2 mWm -1 K -2 a temperatura ambiente. Esto es competitivo con los materiales TE convencionales basados en telururo de bismuto. Como explica el autor correspondiente de este estudio, Ken Kurosaki, "El uso de Yb muestra que podemos conciliar las necesidades conflictivas de los materiales TE seleccionando cuidadosamente los metales correctos.Los TE de temperatura ambiente, con potencia moderada, pueden verse como complementarios a los dispositivos convencionales de alta temperatura y alta potencia. Esto podría ayudar a desbloquear los beneficios del TE en la tecnología cotidiana ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Osaka . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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