Se quisermos evitar a crise ambiental iminente, é fundamental que encontremos maneiras eficientes e sustentáveis ​​de evitar o desperdício. Uma área com muito espaço para melhorias é a reciclagem de calor residual de processos industriais e dispositivos tecnológicos em eletricidade. Os materiais termoelétricos estão no centro da pesquisa neste campo porque permitem a geração de energia limpa a baixo custo.

Para materiais termoelétricos a serem usados ​​em campos muito diferentes, como siderurgia e transporte, eles precisam ser capazes de operar em regimes de alta e baixa temperatura. A respeito disso, ligas à base de Ni de meia Heusler estão atualmente sob os holofotes graças à sua eficiência termoelétrica atraente, força mecânica, e durabilidade. Embora muito esforço tenha sido dedicado a compreender e melhorar essas ligas peculiares, os cientistas acharam difícil esclarecer por que ligas à base de Ni-Heusler têm uma eficiência de conversão tão alta. Alguns teorizaram que defeitos na estrutura cristalina do material aumentam sua condutividade térmica e, por sua vez, sua eficiência de conversão. Contudo, a estrutura cristalina em torno dos defeitos é desconhecida, assim como suas contribuições específicas.

Em um estudo recente publicado em Relatórios Científicos , uma equipe de cientistas do Japão e da Turquia, liderado pelo Professor Associado Hidetoshi Miyazaki do Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão, tentaram deixar esse problema bem claro! Sua pesquisa combinou análises teóricas e experimentais na forma de simulações de estrutura cristalina em grande escala e espectros de estrutura fina de absorção de raios-X (XAFS) em ligas de NiZrSn.

Usando essas técnicas, a equipe primeiro calculou os efeitos estruturais que um átomo de Ni adicional (defeito) teria no arranjo dos cristais de NiZrSn. Então, eles verificaram as previsões teóricas por meio de diferentes tipos de medições XAFS, como o Dr. Miyazaki explica, "Em nosso referencial teórico, assumimos que as distorções da rede cristalina são uma consequência de defeitos atômicos para realizar cálculos de estrutura de banda de primeiros princípios. O XAFS tornou possível obter informações detalhadas sobre a estrutura cristalina local em torno dos defeitos atômicos, comparando os espectros experimentais e teóricos da estrutura cristalina. "Essas observações permitiram aos cientistas quantificar com precisão a tensão que os defeitos de Ni causam em átomos próximos. Eles também analisaram os mecanismos pelos quais essas alterações dão origem a uma maior condutividade térmica (e eficiência de conversão).

Os resultados deste estudo serão cruciais para o avanço da tecnologia termelétrica, como observa o Dr. Miyazaki:"Esperamos que nossos resultados contribuam para o desenvolvimento de uma estratégia centrada no controle da tensão em torno dos átomos defeituosos, o que, por sua vez, nos permitirá projetar novos e melhores materiais termelétricos. "Esperançosamente, isso levará a um salto na tecnologia de conversão termoelétrica e apressará a transição para um sistema menos dispendioso, sociedade descarbonizada - aquela na qual o excesso de calor não é simplesmente descartado, mas recuperado como fonte de energia.

Em uma nota final, Dr. Miyazaki destaca que as técnicas usadas para observar mudanças sutis na deformação em estruturas cristalinas podem ser prontamente adaptadas a outros tipos de material, tais como aqueles destinados a aplicações spintrônicas e catalisadores.

Certamente há muito a ganhar em ir atrás dos detalhes finos da ciência dos materiais, e podemos ter certeza de que este estudo marca um passo na direção certa em direção a um futuro melhor!