(PhysOrg.com) - El calor residual es un subproducto de casi todos los dispositivos eléctricos y procesos industriales, desde conducir un automóvil hasta volar un avión u operar una planta de energía. Los investigadores de ingeniería del Instituto Politécnico de Rensselaer han desarrollado nuevos nanomateriales que podrían conducir a técnicas para capturar y hacer funcionar mejor este calor residual. Los ingredientes clave para fabricar gránulos del tamaño de mármol del nuevo material son el aluminio y un horno de microondas todos los días.

La recolección de electricidad a partir del calor residual requiere un material que sea bueno para conducir la electricidad pero pobre para conducir el calor. Uno de los candidatos más prometedores para este trabajo es el óxido de zinc, un no tóxico, material económico con un alto punto de fusión. Si bien existen técnicas de nanoingeniería para aumentar la conductividad eléctrica del óxido de zinc, La alta conductividad térmica del material es un obstáculo para su efectividad en la recolección y conversión del calor residual. Debido a que la conductividad térmica y eléctrica son propiedades relacionadas, es muy difícil disminuir uno sin disminuir también el otro.

Sin embargo, un equipo de investigadores dirigido por Ganpati Ramanath, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Rensselaer, en colaboración con la Universidad de Wollongong, Australia, han demostrado una nueva forma de disminuir la conductividad térmica del óxido de zinc sin reducir su conductividad eléctrica. La innovación consiste en agregar cantidades mínimas de aluminio al óxido de zinc, y procesar los materiales en un horno microondas. El proceso está adaptado de una técnica inventada en Rensselaer por Ramanath, estudiante de posgrado Rutvik Mehta, y Theo Borca-Tasciuc, profesor asociado en el Departamento de Mecánica, Aeroespacial, e Ingeniería Nuclear (MANE). Este trabajo podría abrir la puerta a nuevas tecnologías para recolectar el calor residual y crear automóviles de alta eficiencia energética. aeronave, plantas de energía, y otros sistemas.

"Aprovechar el calor residual es una propuesta muy atractiva, ya que podemos convertir el calor en electricidad y usarlo para alimentar dispositivos, como en un automóvil o un avión, eso está creando el calor en primer lugar. Esto conduciría a una mayor eficiencia en casi todo lo que hacemos y, por último, reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, ”Dijo Ramanath. “Somos los primeros en demostrar propiedades termoeléctricas tan favorables en materiales a granel de alta temperatura, y creemos que nuestro descubrimiento allanará el camino hacia nuevos dispositivos de recolección de energía a partir del calor residual ".

Los resultados del estudio se detallan en el documento "Nanocomposites de óxido de zinc dopado con Al con propiedades termoeléctricas mejoradas, ”Publicado recientemente por la revista Nano letras . Vea el documento en línea en:pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202439h

Para crear el nuevo nanomaterial, los investigadores agregaron cantidades diminutas de aluminio a nanocristales de óxido de zinc de forma controlada, y los calentó en un horno de microondas de $ 40. El equipo de Ramanath puede producir varios gramos del nanomaterial en cuestión de minutos, que es suficiente para hacer un dispositivo de unos centímetros de largo. El proceso es menos costoso y más escalable que los métodos convencionales y es respetuoso con el medio ambiente. Dijo Ramanath. A diferencia de muchos nanomateriales que se fabrican directamente sobre un sustrato o superficie, este nuevo método de microondas puede producir gránulos de nanomateriales que se pueden aplicar a diferentes superficies. Estos atributos, junto con baja conductividad térmica y alta conductividad eléctrica, son muy adecuados para aplicaciones de recolección de calor.

“Nuestro descubrimiento podría ser clave para superar los principales desafíos fundamentales relacionados con el trabajo con materiales termoeléctricos, ”Dijo el colaborador del proyecto Borca-Tasciuc. "Además, nuestro proceso se puede escalar para la producción a gran escala. Es realmente sorprendente que unos pocos átomos de aluminio puedan conspirar para darnos las propiedades termoeléctricas que nos interesan ".