p (PhysOrg.com) - O calor residual é um subproduto de quase todos os dispositivos elétricos e processos industriais, desde dirigir um carro até pilotar uma aeronave ou operar uma usina de energia. Pesquisadores de engenharia do Rensselaer Polytechnic Institute desenvolveram novos nanomateriais que podem levar a técnicas para melhor capturar e colocar esse calor residual para trabalhar. Os principais ingredientes para fazer pellets do tamanho de mármore do novo material são alumínio e um comum, forno de microondas todos os dias. p A coleta de eletricidade do calor residual requer um material que seja bom para conduzir eletricidade, mas ruim para conduzir calor. Um dos candidatos mais promissores para este trabalho é o óxido de zinco, um não tóxico, material barato com alto ponto de fusão. Embora existam técnicas de nanoengenharia para aumentar a condutividade elétrica do óxido de zinco, a alta condutividade térmica do material é um obstáculo à sua eficácia na coleta e conversão de calor residual. Como a condutividade térmica e elétrica são propriedades relacionadas, é muito difícil diminuir um sem diminuir também o outro.

p Contudo, uma equipe de pesquisadores liderada por Ganpati Ramanath, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais em Rensselaer, em colaboração com a Universidade de Wollongong, Austrália, demonstraram uma nova maneira de diminuir a condutividade térmica do óxido de zinco sem reduzir sua condutividade elétrica. A inovação envolve a adição de pequenas quantidades de alumínio ao óxido de zinco, e processamento dos materiais em forno de micro-ondas. O processo é adaptado de uma técnica inventada em Rensselaer por Ramanath, estudante de graduação Rutvik Mehta, e Theo Borca-Tasciuc, professor associado do Departamento de Mecânica, Aeroespacial, e Engenharia Nuclear (MANE). Este trabalho pode abrir a porta para novas tecnologias para a coleta de calor residual e a criação de carros com alta eficiência energética, aeronave, usinas de energia, e outros sistemas.

p “A coleta de calor residual é uma proposta muito atraente, uma vez que podemos converter o calor em eletricidade e usá-lo para alimentar dispositivos - como um carro ou um jato - que está criando o calor em primeiro lugar. Isso levaria a uma maior eficiência em quase tudo o que fazemos e, em última análise, reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis, ”Ramanath disse. “Somos os primeiros a demonstrar tais propriedades termoelétricas favoráveis ​​em materiais de alta temperatura de grande porte, e sentimos que nossa descoberta abrirá o caminho para novos dispositivos de coleta de energia a partir do calor residual. ”

p Os resultados do estudo são detalhados no artigo “Nanocompósitos de óxido de zinco dopado com Al com propriedades termoelétricas aprimoradas, ”Publicado recentemente pela revista Nano Letras . Veja o artigo online em:pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202439h

p Para criar o novo nanomaterial, pesquisadores adicionaram pequenas quantidades de alumínio a nanocristais de óxido de zinco com formato controlado, e os aqueceu em um forno de microondas de $ 40. A equipe de Ramanath é capaz de produzir vários gramas do nanomaterial em questão de minutos, o que é suficiente para fazer um dispositivo medindo alguns centímetros de comprimento. O processo é menos caro e mais escalável do que os métodos convencionais e é ecologicamente correto, Ramanath disse. Ao contrário de muitos nanomateriais que são fabricados diretamente sobre um substrato ou superfície, este novo método de microondas pode produzir pellets de nanomateriais que podem ser aplicados em diferentes superfícies. Esses atributos, junto com baixa condutividade térmica e alta condutividade elétrica, são altamente adequados para aplicações de colheita de calor.

p “Nossa descoberta pode ser a chave para superar os principais desafios fundamentais relacionados ao trabalho com materiais termelétricos, ”Disse o colaborador do projeto Borca-Tasciuc. “Além disso, nosso processo é passível de escalonamento para produção em larga escala. É realmente incrível que alguns átomos de alumínio conspirem para nos dar propriedades termoelétricas nas quais estamos interessados. ”