Los materiales termoeléctricos se consideran un recurso clave para el futuro:capaces de producir electricidad a partir de fuentes de calor que de otro modo se desperdiciarían. de plantas de energía, tubos de escape de vehículos y otros lugares, sin generar gases de efecto invernadero adicionales. Aunque se han descubierto varios materiales con propiedades termoeléctricas, la mayoría produce muy poca energía para aplicaciones prácticas.

Un equipo de investigadores, de universidades de Estados Unidos y China, así como el Laboratorio Nacional de Oak Ridge:informa sobre un nuevo mecanismo para impulsar el rendimiento a través de una mayor movilidad del operador, aumentando la rapidez con que los electrones portadores de carga pueden moverse a través del material. La obra, informó esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , se centró en un material de magnesio-antimonio de tipo n recientemente descubierto con una figura termoeléctrica de mérito relativamente alta, pero el autor principal, Zhifeng Ren, dijo que el concepto también podría aplicarse a otros materiales.

"Cuando mejora la movilidad, mejora el transporte de electrones y el rendimiento general, "dijo Ren, M.D. Anderson, profesor de física en la Universidad de Houston e investigador principal en el Centro de Superconductividad de Texas en la UH.

Los materiales termoeléctricos producen electricidad aprovechando el flujo de corriente de calor de un área más cálida a un área más fría, y su eficiencia se calcula como la medida de qué tan bien el material convierte el calor en energía. Sin embargo, porque el calor residual es una fuente de combustible abundante y gratuita, la tasa de conversión es menos importante que la cantidad total de energía que se puede producir, Dijo Ren. Eso ha llevado a los investigadores a buscar formas de mejorar el factor de potencia de los materiales termoeléctricos.

Paul Ching-Wu Chu, Cátedra de Ciencias del Templo TLL, director fundador y científico jefe del Centro de Superconductividad de Texas, señaló que Ren había demostrado previamente la importancia del factor de potencia de un material para determinar qué tan bien funcionará en un dispositivo termoeléctrico. Chu es coautor de este trabajo más reciente, lo que, dijo, "demuestra en los materiales a base de magnesio-antimonio de tipo n que el factor de potencia de hecho puede mejorarse ajustando adecuadamente la dispersión del portador en el material".

"Eso proporciona una nueva vía para dispositivos termoeléctricos más potentes, "añadió.

Los semiconductores termoeléctricos vienen en dos variaciones, tipo n, creado al reemplazar un elemento que da como resultado un electrón "libre" para llevar la carga, y tipo p, en el que el elemento reemplazante tiene un electrón menos que el elemento que reemplazó, dejando un "agujero" que facilita el movimiento de energía a medida que los electrones se mueven a través del material para llenar el lugar vacante.

El trabajo reportado en PNAS aborda la necesidad de un compuesto de magnesio-antimonio de tipo n más potente, expandiendo su potencial como material termoeléctrico que puede combinarse con un material de magnesio-antimonio de tipo p eficaz, que se había informado anteriormente.

El factor de potencia del material se puede aumentar aumentando la movilidad del portador, dijeron los investigadores. "Aquí informamos de una mejora sustancial en la movilidad del portador al ajustar el mecanismo de dispersión del portador en materiales basados ​​en Mg3Sb2 de tipo n, "escribieron." ... Nuestros resultados demuestran claramente que la estrategia de sintonizar el mecanismo de dispersión del portador es bastante eficaz para mejorar la movilidad y también debería ser aplicable a otros sistemas de materiales ".

Los investigadores reemplazaron una pequeña fracción de magnesio en el compuesto con una variedad de elementos de metales de transición, incluyendo hierro, cobalto, hafnio y tantalio, para determinar la mejor manera de impulsar la movilidad de los transportistas y, a través de eso, factor de potencia del material.

"Nuestro trabajo, "concluyen los investigadores, "demuestra que el mecanismo de dispersión del portador podría desempeñar un papel vital en las propiedades termoeléctricas del material, y el concepto de sintonizar el mecanismo de dispersión del portador debería ser ampliamente aplicable a una variedad de sistemas de materiales ".