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Materiali termoelettrici, una promessa per l’energia del futuro

Materiali termoelettrici, una promessa per l’energia del futuro

Scoperto nuovo materiale con una struttura atomica ibrida unica, metà cristallina e metà amorfa. È in grado portare le prestazioni termoelettriche ad un livello rivoluzionario

Cosa sono i materiali termoelettrici?

Nuova promessa per l’energia del futuro. Un gruppo di fisici internazionali ha sintetizzato materiali termoelettrici ad alte prestazioni, il cui utilizzo potrebbe dare una profonda scossa al modo in cui oggi produciamo e usiamo l’elettricità. Ma per delinearne la portata è necessario fare qualche passo indietro. 

Al centro della ricerca c’è il cosiddetto effetto termoelettrico, fenomeno per cui una differenza di temperatura crea un potenziale elettrico o viceversa. Questi fenomeni sono noti più specificamente come: effetto Seebeck (che crea una tensione dalla differenza di temperatura); effetto Peltier (che crea un flusso di calore con una corrente elettrica); effetto Thomson (riscaldamento o raffreddamento reversibile all’interno di un conduttore quando è presente sia una corrente elettrica che un gradiente di temperatura).

Sebbene tutti i materiali abbiano un effetto termoelettrico diverso da zero, nella maggior parte è troppo piccolo per essere utile nella pratica. Ma le applicazioni non mancano. Dall’elaborato rover Perseverance della NASA per l’esplorazione marziana ai refrigeratori da viaggio, sono diversi i dispositivi a fare affidamenti sui materiali termoelettrici.

A dare una svolta al comparto è la nuova ricerca firmata da Jian He, fisico della Clemson University, in Carolina del Sud (USA). In collaborazione con scienziati della Shanghai Jiaotong University e della Aarhus University in Danimarca, il ricercatore ha scoperto nuovi composti con una struttura cristallina mai studiata prima.

Una nuova era di materiali termoelettrici

La struttura atomica di un materiale, ossia il modo in cui gli atomi si dispongono nello spazio e nel tempo, determina le sue proprietà. Tipicamente, i solidi sono cristallini o amorfi. Nei primi, gli atomi si trovano in uno schema ordinato e simmetrico. Nei secondi sono distribuiti in modo casuale.

Il team ha creato un composto ibrido in cui i sottoreticoli cristallini e amorfi sono intrecciati in una dualità unica nel suo genere. “Il nostro materiale è una struttura atomica ibrida unica, metà cristallina e metà amorfa”, ha affermato He, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia. “Se hai una struttura atomica unica o particolare, ti aspetti anche di vedere proprietà insolite perché quest’ultime seguono la struttura”.

I ricercatori hanno creato il loro materiale mescolando intenzionalmente elementi nello stesso gruppo sulla tavola periodica, ma con dimensioni atomiche diverse. In questo caso, hanno utilizzato le differenze di dimensioni atomiche tra zolfo e tellurio e tra rame e argento per creare un nuovo composto (Cu1-xAgx) 2 (Te1-ySy) in cui le sottoreti cristalline e amorfe si intrecciano in una dualità cristallo-amorfismo. E i test hanno mostrato eccellenti prestazioni termoelettriche.

Sebbene questa scoperta non abbia oggi un impatto diretto sull’applicazione, è probabile che in futuro porterà ad un netto miglioramento dei materiali termoelettrici. “Il composto si comporta bene, ma cosa ancor più importante è il modo in cui raggiunge quel livello di prestazioni“, ha affermato lo scienziato. “Tradizionalmente, i materiali termoelettrici sono cristalli. Il nostro materiale non è puro cristallo e dimostriamo che possiamo ottenere lo stesso livello di prestazioni con un materiale con una nuova struttura atomica”.

He sostiene che la loro scoperta possa influenzare le applicazioni tra 10 e 20 anni. “Sicuramente possono fare qualcosa che i materiali termoelettrici attuali non possono fare, ma non ora”, ha aggiunto. “Tuttavia, il futuro di questa ricerca è luminoso”.

Fonte: Rinnovabili.it