El seleniuro de estaño monocristalino (SnSe) es un semiconductor y un material termoeléctrico ideal; Puede convertir directamente el calor residual en energía eléctrica o usarse para enfriar. Cuando un grupo de investigadores de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio, vio la estructura de cristal en capas en forma de grafeno de SnSe, tenían uno de esos mágicos "¡ajá!" momentos.

El grupo informa en el Revista de física aplicada , que inmediatamente reconocieron el potencial de este material para ser fabricado en formas de nanoestructura. "Nuestro laboratorio ha estado trabajando en semiconductores bidimensionales con estructuras en capas similares al grafeno, "dijo Xuan Gao, profesor asociado en Case Western.

Los nanomateriales con dimensiones a escala nanométrica, como el grosor y el tamaño de grano, tienen propiedades termoeléctricas favorables. Esto inspiró a los investigadores a cultivar nanoflakes de nanómetros de espesor y películas delgadas de SnSe para estudiar más a fondo sus propiedades termoeléctricas.

El trabajo del grupo se centra en el efecto termoeléctrico. Estudian cómo la diferencia de temperatura en un material puede hacer que los portadores de carga (electrones o huecos) se redistribuyan y generen un voltaje a través del material. convertir la energía térmica en electricidad.

"La aplicación de voltaje en un material termoeléctrico también puede provocar un gradiente de temperatura, lo que significa que puede usar materiales termoeléctricos para enfriar, "dijo Gao." Generalmente, los materiales con una alta figura de mérito tienen una alta conductividad eléctrica, un alto coeficiente de Seebeck (voltaje generado por Kelvin de diferencia de temperatura dentro de un material) y baja conductividad térmica, " él dijo.

Una figura termoeléctrica de mérito, ZT, indica la eficiencia con la que un material convierte la energía térmica en energía eléctrica. El trabajo del grupo se centra en el factor de potencia, que es proporcional a ZT e indica la capacidad de un material para convertir energía, por lo que midieron el factor de potencia de los materiales que fabricaron.

Para hacer crecer nanoestructuras de SnSe, utilizaron un proceso de deposición química de vapor (CVD). Evaporaron térmicamente una fuente de polvo de seleniuro de estaño dentro de un tubo de cuarzo al vacío. Los átomos de estaño y selenio reaccionan sobre una oblea de crecimiento de silicio o mica colocada en la zona de baja temperatura del tubo de cuarzo. Esto hace que se formen nanoflakes de SnSe en la superficie de la oblea. Agregar un elemento dopante como la plata a las películas delgadas de SnSe durante la síntesis del material puede optimizar aún más sus propiedades termoeléctricas.

Al principio, "Las películas delgadas de nanoestructura SnSe que fabricamos tenían un factor de potencia de solo ~ 5 por ciento del de SnSe monocristalino a temperatura ambiente, "dijo Shuhao Liu, un autor en el papel. Pero, después de probar una variedad de dopantes para mejorar el factor de potencia del material, determinaron que "la plata era la más eficaz, lo que resultó en una mejora del factor de potencia del 300 por ciento en comparación con las muestras sin dopar, "Dijo Liu." La delgada película nanoestructurada de SnSe dopada con plata es prometedora para una alta cifra de mérito ".

En el futuro, El investigador espera que las nanoestructuras y películas delgadas de SnSe puedan ser útiles para miniaturizados, Amigable con el medio ambiente, Dispositivos termoeléctricos y de refrigeración de bajo coste.