O mantra 'reduzir, reuso, reciclar 'é cada vez mais pertinente. Todo ano, grandes quantidades de energia que poderiam ser capturadas e reutilizadas são perdidas com o calor residual. Agora, Cientistas do A * STAR demonstraram, através de cálculos teóricos, que pode ser possível fabricar polímeros orgânicos termoelétricos que podem converter calor em energia elétrica com alta eficiência.

Os materiais termoelétricos (TE) funcionam respondendo às diferenças de temperatura, induzindo portadores de carga elétrica a fluir do lado quente para o lado frio do material. Os materiais da TE já são usados ​​para alimentar a refrigeração, e para geração de energia limitada. Um material TE eficaz precisa ter alta condutividade elétrica, baixa condutividade térmica, e um alto 'coeficiente de Seebeck' - a voltagem gerada por grau de diferença de temperatura no material. Contudo, é raro que qualquer material satisfaça todas essas condições, o que significa que os materiais TE existentes são limitados em eficiência.

"Uma maneira de melhorar o desempenho do TE é usar dopagem, adicionar certos produtos químicos ao material para aumentar sua condutividade elétrica, aumentando as concentrações de portadores de carga, "diz Shuo-Wang Yang, no Instituto de Computação de Alto Desempenho da A * STAR, quem liderou a equipe. "Contudo, o doping também pode interferir na estabilidade e desempenho dos materiais, e encontrar um dopante que funcione de forma eficaz é um desafio. Identificar os materiais da TE que funcionam sem dopagem pode transformar a captação de energia. "

A equipe concentrou sua atenção em polímeros de coordenação de backbone linear, estruturas contendo íons metálicos ligados por ligantes, que podem ser construídos no laboratório para projetos específicos. Esses polímeros exibem inúmeras vantagens sobre os materiais TE inorgânicos convencionais; eles são flexíveis, têm baixa condutividade térmica e são compatíveis com organismos biológicos. Contudo, eles têm baixa condutividade elétrica - um desafio que Yang e colegas tentaram superar em sua pesquisa teórica.

"Com base na dinâmica molecular de primeiro princípio e na otimização da estrutura, identificamos um polímero chamado poli (níquel-etilenotetratiolato) e três análogos associados que demonstram comportamentos intrinsecamente metálicos e alta condutividade elétrica, "diz Yang." Isso é empolgante, pois sugere que esses polímeros são materiais de TE potencialmente livres de dopantes. "

As análises da equipe sugerem que este comportamento metálico decorre da formação de densos, interações moleculares sem ligação entre átomos de enxofre ou selênio dentro das estruturas poliméricas. Essas interações fortalecem as forças entre os átomos, diminuindo as lacunas de banda eletrônica e estimulando o fluxo de carga elétrica.

"Xu Jianwei, Kedar Hippalgaonkar, e suas equipes no Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais estão agora sintetizando esses polímeros, "diz Yang." Esses materiais são muito promissores, particularmente nas aplicações de recuperação de calor residual e refrigeração perto da temperatura ambiente. "