El seleniuro de estaño podría exceder considerablemente la eficiencia de los materiales termoeléctricos que contienen registros actuales hechos de telururo de bismuto. Sin embargo, se pensó que su eficiencia se volvió enorme solo a temperaturas superiores a 500 grados Celsius. Ahora las mediciones en las fuentes de sincrotrón BESSY II y PETRA IV muestran queel seleniuro de estaño también se puede utilizar como material termoeléctrico a temperatura ambiente, siempre que se aplique presión alta.
El efecto termoeléctrico se conoce desde 1821: con ciertas combinaciones de materiales, una diferencia de temperatura genera una corriente eléctrica. Si un extremo de la muestra se calienta, por ejemplo, utilizando calor residual de un motor de combustión, entonces parte de esto se pierdela energía se puede convertir en energía eléctrica. Sin embargo, el efecto termoeléctrico en la mayoría de los materiales es extremadamente pequeño. Esto se debe a que para lograr un gran efecto termoeléctrico, la conducción de calor debe ser pobre, mientras que la conductividad eléctrica debe ser alta. Sin embargo, la conducción de calor y la conductividad eléctricacasi siempre están estrechamente asociados.
Por esta razón, la búsqueda de materiales termoeléctricos se concentra en compuestos con estructuras cristalinas especiales como el telururo de bismuto Bi 2 Te 3 .El telururo de bismuto es uno de los mejores materiales termoeléctricos conocidos hasta la fecha.Sin embargo, tanto el bismuto como el telurio son elementos raros, que limitan su uso a gran escala.Por lo tanto, continúa la búsqueda de materiales termoeléctricos adecuados entre elementos no tóxicos más abundantes.
Hace seis años, un equipo de investigación de los EE. UU. Descubrió que el seleniuro de estaño por encima de 500 grados centígrados puede convertir aproximadamente el 20 por ciento del calor en energía eléctrica. Esta es una eficiencia enorme y excede considerablemente el valor del telururo de bismuto. Además, el estañoy el selenio son abundantes.
Este efecto termoeléctrico extremadamente grande está relacionado con una transición de fase o una reorganización de la estructura cristalina del seleniuro de estaño. La estructura cristalina del seleniuro de estaño consta de muchas capas, similares a filo o hojaldre. A 500 grados Celsius, las capascomienzan a autoorganizarse y la conducción de calor disminuye, mientras que los portadores de carga permanecen móviles. La eficacia del efecto termoeléctrico en esta orientación cristalográfica del seleniuro de estaño no ha sido excedida por ningún otro material hasta la fecha.
trabajos de alta presión
Un equipo internacional dirigido por el Dr. Ulrich Schade en el HZB ahora ha examinado exhaustivamente muestras de seleniuro de estaño con la ayuda de espectroscopía infrarroja en BESSY II y rayos X duros en PETRA IV. Las mediciones muestran que se produce la estructura cristalina deseadaya sea a alta temperatura a presión normal o alta presión superior a 10 GPa a temperatura ambiente. Las propiedades electrónicas también cambian de semiconductoras a semimetálicas en la estructura de alta temperatura. Esto se ajusta a las predicciones de los cálculos teóricos del modelo y también decálculos de estructura de banda.
"Podemos explicar con nuestros datos y nuestros cálculos por qué el seleniuro de estaño es un material termoeléctrico tan sobresaliente en un amplio rango de temperatura y presión", dice Schade. Será necesario un trabajo de desarrollo adicional para garantizar la estabilidad a largo plazo, por ejemplo, sin embargo, antes de que los dispositivos termoeléctricos basados en seleniuro de estaño realmente salgan al mercado, entonces el seleniuro de estaño podría convertirse en una alternativa económica y fácilmente disponible al telururo de bismuto.
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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