A estudio reciente publicado en la revista Angewandte Chemie presenta un nuevo material de cobre sintético que adquiere una estructura y microestructura compleja a través de simples cambios en su composición, sentando así las bases para convertir el calor en electricidad.
En detalle, el nuevo material está compuesto de cobre, manganeso, germanio y azufre, y se produce en un proceso relativamente simple.
“Los polvos simplemente se alean mecánicamente mediante molienda de bolas para formar una fase precristalizada, que luego se densifica a 600 grados centígrados. Este proceso se puede ampliar fácilmente”, dijo Emmanuel Guilmeau, autor correspondiente del estudio, en un comunicado de prensa.
Los materiales termoeléctricos convierten el calor en electricidad. Esto es especialmente útil en procesos industriales donde el calor residual se reutiliza como valiosa energía eléctrica. El enfoque inverso es el enfriamiento de piezas electrónicas, por ejemplo, en teléfonos inteligentes o automóviles. Los materiales utilizados en este tipo de aplicaciones no solo deben ser eficientes, sino también económicos y, sobre todo, seguros.
Sin embargo, los dispositivos termoeléctricos utilizados hasta la fecha utilizan elementos caros y tóxicos como el plomo y el telurio, que ofrecen la mejor eficiencia de conversión.
Pero Guilmeau y su equipo estaban convencidos de que es posible crear alternativas más seguras. Es por eso que decidieron explorar derivados de minerales sulfurados naturales a base de cobre. Estos derivados minerales están compuestos principalmente por elementos no tóxicos y abundantes, y algunos de ellos tienen propiedades termoeléctricas.
El equipo logró producir una serie de materiales termoeléctricos que mostraban dos estructuras cristalinas dentro del mismo material.
“Nos sorprendió mucho el resultado. Por lo general, cambiar ligeramente la composición tiene poco efecto en la estructura de esta clase de materiales”, dijo Guilmeau.
Él y sus colegas descubrieron que reemplazar una pequeña fracción del manganeso con cobre producía microestructuras complejas con nanodominios interconectados, defectos e interfaces coherentes, lo que afectaba las propiedades de transporte de electrones y calor del material.
Guilmeau señaló que el nuevo material es estable hasta los 400 grados centígrados, un rango que se encuentra dentro del rango de temperatura del calor residual de la mayoría de las industrias. Está convencido de que, basándose en este descubrimiento, se podrían diseñar nuevos materiales termoeléctricos más baratos y no tóxicos para reemplazar los componentes más problemáticos.
