Muito calor é perdido durante a conversão de energia. As estimativas chegam a colocá-lo em mais de 70%. No entanto, em materiais termoelétricos, como os que estão sendo estudados no Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien, o calor pode ser convertido diretamente em energia elétrica. Este efeito (o efeito Seebeck) pode ser usado em inúmeras aplicações na indústria, mas também na vida cotidiana.
Recentemente, a equipe de pesquisa de Ernst Bauer fez uma descoberta empolgante em um material termoelétrico composto de ferro, vanádio e alumínio (Fe₂ VAL). Os pesquisadores publicaram recentemente seus resultados em Nature Communications .

A termoelétrica ideal

Para obter o maior efeito de conversão de energia possível, os pesquisadores estão procurando materiais que atendam a uma série de características:Devem ter um grande efeito Seebeck, alta condutividade elétrica e baixa condutividade térmica. No entanto, isso é extremamente difícil porque essas propriedades são inter-relacionadas e interdependentes. Portanto, os pesquisadores se perguntaram como um material teria que ser fisicamente para cumprir todas essas condições da melhor maneira possível.

Assim, os físicos da TU Wien conseguiram encontrar um novo conceito para resolver essa contradição e otimizar todas as propriedades termoelétricas em um material ao mesmo tempo. "Na chamada transição de Anderson, uma transição de fase quântica de estados de elétrons localizados para móveis, as condições para a termoelétrica ideal são atendidas. Isso significa que todos os elétrons de condução têm aproximadamente a mesma energia", relata Fabian Garmroudi, primeiro autor do estudo. estudar.

A transição de Anderson ocorre em semicondutores quando átomos de impureza são adicionados, ligando fortemente seus elétrons. "Análogo aos blocos de gelo no mar, estes são inicialmente isolados uns dos outros e não podem ser pisados. No entanto, se o número de blocos de gelo for grande o suficiente, você tem uma conexão contínua através da qual pode atravessar o mar", Fabian Garmroudi faz uma comparação. Isso acontece de maneira semelhante em sólidos:se o número de átomos de impureza exceder um valor crítico, os elétrons podem se mover repentinamente livremente de um átomo para outro e a eletricidade pode fluir.

Os átomos trocam de lugar quando fica quente

A transição de Anderson foi demonstrada em estreita colaboração com pesquisadores da Suécia e do Japão, bem como da Universidade de Viena, e foi associada pela primeira vez a uma mudança significativa nas propriedades termoelétricas. A equipe fez a descoberta emocionante quando aqueceu o material a temperaturas muito altas, perto do ponto de fusão.

"Em altas temperaturas, os átomos vibram tão fortemente que ocasionalmente trocam suas posições de rede. Por exemplo, os átomos de ferro são então localizados onde os átomos de vanádio estavam antes. Conseguimos congelar essa 'confusão atômica', que ocorre em altas temperaturas, por -chamado de 'quenching', ou seja, resfriamento rápido em banho-maria", relata Ernst Bauer. Esses defeitos irregulares servem exatamente ao mesmo propósito dos átomos de impureza mencionados anteriormente, sem a necessidade de alterar a composição química do material.

Conversão de energia graças à desordem

Em muitas áreas de pesquisa da física do estado sólido, há interesse em materiais que sejam tão puros quanto possível e tenham uma estrutura cristalina ideal. O motivo:a regularidade dos átomos simplifica uma descrição teórica das propriedades físicas. No caso de Fe₂ No entanto, são justamente as imperfeições que respondem pela maior parte do desempenho termoelétrico. Também já foi demonstrado em disciplinas vizinhas que as irregularidades podem ser vantajosas:"A pesquisa básica sobre materiais quânticos é um bom exemplo disso. Lá, a ciência já conseguiu mostrar que a desordem é muitas vezes o tempero necessário na 'sopa quântica' ”, diz Andrej Pustogow, um dos coautores. "Agora, esse conceito também chegou à pesquisa aplicada em estado sólido." + Explorar mais

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