Si queremos prevenir la inminente crisis ambiental, Es imperativo que encontremos formas eficientes y sostenibles de evitar derrochar. Un área con mucho margen de mejora es el reciclaje del calor residual de los procesos industriales y los dispositivos tecnológicos en electricidad. Los materiales termoeléctricos son el núcleo de la investigación en este campo porque permiten la generación de energía limpia a bajo costo.

Para que los materiales termoeléctricos se utilicen en campos muy diferentes, como la siderurgia y el transporte, necesitan poder operar en regímenes de alta y baja temperatura. A este respecto, Las aleaciones a base de Ni medio Heusler son actualmente el centro de atención gracias a su atractiva eficiencia termoeléctrica, fuerza mecánica, y durabilidad. Aunque se ha dedicado mucho esfuerzo a comprender y mejorar estas aleaciones peculiares, Los científicos han encontrado difícil aclarar por qué las aleaciones a base de Ni medio Heusler tienen una eficiencia de conversión tan alta. Algunos han teorizado que los defectos en la estructura cristalina del material aumentan su conductividad térmica y, Sucesivamente, su eficiencia de conversión. Sin embargo, se desconoce la estructura cristalina alrededor de los defectos y también sus contribuciones específicas.

En un estudio reciente publicado en Informes científicos , un equipo de científicos de Japón y Turquía, dirigido por el profesor asociado Hidetoshi Miyazaki del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, ¡He intentado aclarar este problema! Su investigación combinó análisis teóricos y experimentales en forma de simulaciones de estructura cristalina a gran escala y espectros de estructura fina de absorción de rayos X (XAFS) en aleaciones de NiZrSn.

Usando estas técnicas, El equipo calculó primero los efectos estructurales que tendría un átomo de Ni adicional (defecto) en la disposición de los cristales de NiZrSn. Luego, Verificaron las predicciones teóricas a través de diferentes tipos de medidas XAFS, como explica el Dr. Miyazaki, "En nuestro marco teórico, asumimos que las distorsiones de la red cristalina eran una consecuencia de defectos atómicos para realizar cálculos de estructura de bandas de primeros principios. XAFS hizo posible obtener información detallada sobre la estructura cristalina local alrededor de los defectos atómicos comparando los espectros experimentales y teóricos de la estructura cristalina ". Estas observaciones permitieron a los científicos cuantificar con precisión la tensión que los defectos de Ni causan en los átomos cercanos. También analizaron los mecanismos por los cuales estas alteraciones dan lugar a una mayor conductividad térmica (y eficiencia de conversión).

Los resultados de este estudio serán cruciales para el avance de la tecnología termoeléctrica, como comenta el Dr. Miyazaki:"Esperamos que nuestros resultados contribuyan al desarrollo de una estrategia centrada en controlar la tensión alrededor de los átomos defectuosos, lo que a su vez nos permitirá diseñar nuevos y mejores materiales termoeléctricos ". esto conducirá a un salto en la tecnología de conversión termoeléctrica y acelerará la transición a una sociedad descarbonizada, en la que el exceso de calor no se descarta simplemente, sino que se recupera como fuente de energía.

En una nota final, El Dr. Miyazaki destaca que las técnicas utilizadas para observar cambios finos en la deformación en estructuras cristalinas se pueden adaptar fácilmente a otros tipos de material. como los destinados a aplicaciones espintrónicas y catalizadores.

Ciertamente, hay mucho que ganar yendo tras los finos detalles de la ciencia de los materiales, ¡Y podemos estar seguros de que este estudio marca un paso en la dirección correcta hacia un futuro mejor!