Materiali convertono calore in energia elettrica grazie alle nanotecnologie

Purtroppo i materiali termoelettrici, cioè che convertono il calore in energia elettrica, non sono mai stati sufficientemente efficaci tranne qualche applicazione di nicchia. Ora però i ricercatori del Caltech hanno realizzato nuovi materiali che potrebbero accrescere l’efficienza dei dispositivi termoelettrici. Un buon materiale termoelettrico conduce l’elettricità molto bene, ma conduce il calore male.  Così i ricercatori del gruppo di Caltech, guidati dal professore di chimica James Heath, hanno cercato una soluzione a tutto ciò ed hanno utilizzato il silicio nei loro studi. Il silicio è in realtà un cattivo materiale termoelettrico a temperatura ambiente, ma i ricercatori sono riusciti a ridurre in modo significativo la conducibilità termica dei nanocavi di silicio senza ridurre in modo apprezzabile la loro conducibilità elettrica. Tempo fa i ricercatori avevano scoperto che i nanocavi di silicio sono altamente conduttivi per l’elettricità, ma non sono altrettanto efficienti per il calore, perché provocando dei pacchetti di energia termica chiamati fononi che tornano indietro. Ora i ricercatori del Caltech hanno avuto una nuova intuizione per ottenere su scala nanometrica dei materiali termoelettrici, rallentando notevolmente questi fotoni che si creano ed in questo modo si riduce il calore. I ricercatori hanno film sottile di silicio con dei nano pori sulla sua struttura modificandolo. Rispetto a un film di silicio non nanomodificato, questo conduce il calore 10 volte di meno. Questi risultati sono descritti sulla rivista Nature Nanotechnology.

Tale tecnica, a differenza di altre analoghe che producono superfici lisce, consente dunque di realizzare schiere di nanocavi di silicio allineati verticalmente che danno luogo a superfici molto ruvide e irregolari: proprio questa caratteristica sarebbe all’origine della notevole efficienza termoelettrica del dispositivo. I materiali termoelettrici hanno la capacità di convertire il calore in elettricità, e potrebbero trovare applicazione per recuperare una parte del calore che viene disperso nell’ambiente durante la produzione di energia.

Ulteriori esperimenti sono necessari per verificare l’efficienza di questi particolari nanocavi e per capire il perché è un buon isolante termico. “Siamo riusciti a sfruttare la natura ondulatoria della fononi per rallentarli,” dice il ricercatore Slobodan Mitrovic. I ricercatori hanno bisogno di fare più esperimenti per dimostrare che il materiale sia isolante per effetto dell’aver rallentato i fonon.

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