El mantra 'reduce, reutilizar, reciclar 'es cada vez más pertinente. Todos los años, Grandes cantidades de energía que podrían capturarse y reutilizarse se pierden a través del calor residual. Ahora, Los científicos de A * STAR han demostrado, a través de cálculos teóricos, que puede ser posible fabricar polímeros orgánicos termoeléctricos que puedan convertir el calor en energía eléctrica con alta eficiencia.

Los materiales termoeléctricos (TE) funcionan respondiendo a las diferencias de temperatura, inducir a los portadores de carga eléctrica a fluir desde el lado caliente al frío del material. Los materiales TE ya se utilizan para alimentar la refrigeración, y para generación de energía limitada. Un material TE eficaz debe tener una alta conductividad eléctrica, baja conductividad térmica, y un 'coeficiente de Seebeck' alto:el voltaje generado por grado de diferencia de temperatura en el material. Sin embargo, es raro que un material satisfaga todas estas condiciones, lo que significa que los materiales TE existentes tienen una eficiencia limitada.

"Una forma de mejorar el rendimiento de TE es utilizar el dopaje, agregar ciertos productos químicos al material para mejorar su conductividad eléctrica al aumentar las concentraciones de portadores de carga, "dice Shuo-Wang Yang, en el Instituto de Computación de Alto Rendimiento de A * STAR, quien lideró el equipo. "Sin embargo, El dopaje también puede interferir con la estabilidad y el rendimiento de los materiales. y encontrar un dopante que funcione eficazmente es un desafío. La identificación de materiales TE que funcionan sin dopaje podría transformar la recolección de energía ".

El equipo centró su atención en los polímeros de coordinación de columna vertebral lineal, estructuras que contienen iones metálicos unidos por ligandos, que se puede construir en el laboratorio con diseños específicos. Estos polímeros presentan numerosas ventajas sobre los materiales TE inorgánicos convencionales; son flexibles, tienen baja conductividad térmica y son compatibles con organismos biológicos. Sin embargo, tienen baja conductividad eléctrica, un desafío que Yang y sus colaboradores intentaron superar en su búsqueda teórica.

"Basado en la dinámica molecular del primer principio y la optimización de la estructura, identificamos un polímero llamado poli (níquel-etilentetratiolato) y tres análogos asociados que demuestran comportamientos intrínsecamente metálicos y alta conductividad eléctrica, ", dice Yang." Esto es emocionante, ya que sugiere que estos polímeros son materiales TE sin dopantes potenciales ".

Los análisis del equipo sugieren que este comportamiento metálico se debe a la formación de densos, interacciones moleculares no enlazantes entre átomos de azufre o selenio dentro de las estructuras poliméricas. Estas interacciones fortalecen las fuerzas entre los átomos, disminuyendo los huecos de las bandas electrónicas y fomentando el flujo de carga eléctrica.

"Xu Jianwei, Kedar Hippalgaonkar, y sus equipos en el Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales ahora están sintetizando estos polímeros, ", dice Yang." Estos materiales son muy prometedores, particularmente en las aplicaciones de recuperación de calor residual y refrigeración cerca de la temperatura ambiente ".