Il lavoro, firmato da ricercatori delle Università di Genova e Ginevra in collaborazione con gli Istituti Spin e Iom del Cnr, apre la strada all’utilizzo su larga scala della termoelettricità.
Uno studio
internazionale pubblicato oggi su Nature
Communications individua in alcuni ossidi
artificiali la capacità di sfruttare in maniera mai
rilevata finora l’effetto termoelettrico, cioè la
proprietà che permette a un materiale di convertire il
calore in energia elettrica. La pubblicazione è frutto
di una ricerca congiunta italo-svizzera che ha coinvolto
le Università di Genova e Ginevra in collaborazione con
due Istituti del Cnr: l’Istituto superconduttori,
materiali innovativi e dispositivi (Spin, Genova) e
l’Istituto officina dei materiali (Iom, Cagliari).
Noto anche
come ‘effetto Seebeck’, il potere termoelettrico
permette di generare energia elettrica grazie a una
differenza di temperatura tra due punti di un materiale:
sebbene sia una proprietà osservabile in quasi tutti i
materiali conosciuti, l’efficacia è relativamente debole
e, sinora solo il 10% dell’energia dispersa in calore
può essere recuperata. Lo studio mostra che,
ingegnerizzando le proprietà dei materiali su scala
nanometrica, si possono ottenere valori record di
termoelettricità a basse temperature.
Se fino ad
oggi la scarsa disponibilità di materiali ad alto
coefficiente di conversione energetica ne ha limitato
l’utilizzo ad alcuni specifici settori (come quello
delle sonde spaziali o alcune particolari tipologie di
frigoriferi per vini), in futuro disporre di una nuova
classe di materiali altamente performanti ed economici
potrebbe estenderne significativamente l’uso in ambito
industriale, migliorando la resa di dispositivi quali
processori di computer e motori per auto.
La ricerca
ha rivelato, in particolare, un grande potenziale per la
famiglia degli ossidi che - oltre a presentare un
elevato coefficiente di conversione energetica - sono in
grado di sopportare temperature molto alte e non sono
tossici. “Misure a bassa temperatura sull’interfaccia
tra due ossidi isolanti ci hanno permesso di rivelare
valori enormi di termoelettricità”, spiega Jean-Marc
Triscone del Dipartimento di Quantum Matter Physics
dell’Università di Ginevra.
Lo studio,
coordinato da Daniele Marré (Università di Genova e
Cnr-Spin) ha avuto anche importanti ricadute per la
comprensione delle proprietà fisiche di questi
materiali: è stata rivelata infatti, in maniera del
tutto sorprendente, la presenza di elettroni
intrappolati nel materiale. “Questo stato elettronico è
stato cercato in sistemi artificiali per lungo tempo
senza avere conferma sperimentale con altre tecniche”,
aggiunge Ilaria Pallecchi (Cnr-Spin), che ha eseguito le
misure, “e la sua interpretazione è stata resa possibile
anche grazie al modello teorico sviluppato da Alessio
Filippetti dell’Istituto officina dei materiali (Iom)
del Cnr di Cagliari”.
La sfida
futura sarà ottimizzare le proprietà di questi materiali
in modo da realizzare strutture artificiali dotate di
elevati coefficienti termoelettrici a temperatura
ambiente e oltre.
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