p Dispositivos termoelétricos - que podem gerar uma corrente elétrica a partir de uma diferença de temperatura ou usar eletricidade para produzir aquecimento ou resfriamento sem partes móveis - têm sido explorados em laboratório desde o século XIX. Nos últimos anos, sua eficiência melhorou o suficiente para permitir o uso comercial limitado, como em sistemas de refrigeração embutidos em assentos de automóveis. Mas o uso mais difundido, como para aproveitar o calor residual de usinas de energia e motores, apela a melhores materiais. p Agora, uma nova maneira de aumentar a eficiência de tais dispositivos, desenvolvido por pesquisadores do MIT e da Rutgers University, poderia levar a tais aplicações mais amplas. O novo trabalho, pelo professor de engenharia mecânica Gang Chen, Professor do Instituto Mildred Dresselhaus, estudante de graduação Bolin Liao, e a recente pós-doutoranda Mona Zebarjadi e o cientista pesquisador Keivan Esfarjani (ambos agora fazem parte do corpo docente da Rutgers), foi publicado no jornal Materiais avançados .

p Embora dispositivos termoelétricos estejam disponíveis comercialmente desde a década de 1950, sua eficiência tem sido baixa devido às limitações de materiais. Um novo ímpeto para sistemas termelétricos data do início de 1990, quando Dresselhaus trabalhava em um projeto, financiado pela Marinha dos Estados Unidos, para aprimorar materiais termoelétricos para sistemas de resfriamento silencioso para submarinos. Chen, que estava trabalhando nas propriedades de isolamento térmico de nanoestruturas, aliou-se a ela para desenvolver materiais termoelétricos.

p A descoberta do grupo de que materiais em nanoescala podem ter propriedades significativamente diferentes daquelas de pedaços maiores do mesmo material - trabalho que envolveu partículas minúsculas de um material embutido em outro, formar nanocompósitos - em última análise, ajudou a melhorar a eficiência do dispositivo termoelétrico. O trabalho mais recente continua essa pesquisa, ajustando a composição, dimensões e densidade das nanopartículas incorporadas para maximizar as propriedades termoelétricas do material.

p A modelagem computacional detalhada do novo material mostra que ele pode melhorar os parâmetros essenciais para um sistema termoelétrico eficaz:alta condutividade elétrica (para que a eletricidade flua facilmente), baixa condutividade térmica (de modo a manter um gradiente de temperatura), e otimização de uma propriedade conhecida como coeficiente de Seebeck, que expressa quanto calor um elétron carrega, na média.

p O novo trabalho também se baseia em métodos desenvolvidos por pesquisadores de óptica que têm tentado criar mantos de invisibilidade - maneiras de tornar os objetos invisíveis para certas ondas de rádio ou de luz usando materiais nanoestruturados que dobram a luz. A equipe do MIT aplicou métodos semelhantes para incorporar partículas que poderiam reduzir a condutividade térmica do material, mantendo alta sua condutividade elétrica.

p "É uma espécie de capa para elétrons, "Dresselhaus diz." Nós nos inspiramos no pessoal da ótica. "

p O conceito que viabilizou as melhorias, os pesquisadores explicam, é algo chamado anti-ressonância - que faz com que os elétrons da maioria dos níveis de energia sejam bloqueados pelas partículas incorporadas, enquanto aqueles em uma faixa estreita de energias passam com pouca resistência.

p Liao e Zebarjadi, que realizou este trabalho como pós-doutorado no MIT, concebido para tornar as nanopartículas invisíveis ao fluxo de elétrons usando esse princípio de anti-ressonância. Ajustando o tamanho das nanopartículas, os pesquisadores os tornaram invisíveis para os elétrons, mas não os fônons - as partículas virtuais que transportam calor.

p Além disso, eles descobriram que as nanopartículas incorporadas realmente aumentavam o fluxo de elétrons. "Podemos aumentar a condutividade elétrica significativamente, "Diz Zebarjadi.

p Esse efeito básico foi observado antes, ela diz, mas apenas em gases, não sólidos. "Quando vimos isso, nós dissemos, seria bom se pudéssemos ter esse espalhamento [de elétrons] em sólidos, "Zebarjadi diz - um resultado que ela e seus colegas conseguiram alcançar.

p A técnica é inspirada em um conceito denominado doping de modulação, que é usado na fabricação de dispositivos semicondutores. Até aqui, o trabalho foi teórico. A próxima etapa será construir dispositivos de teste reais, os membros da equipe dizem. "Existem muitos desafios do lado experimental, "Chen diz.

p Joseph Heremans, um professor de física na Ohio State University, chama o trabalho de "coisas fabulosas de Harry Potter, ainda crível ... realmente novo, e totalmente surpreendente. "No entanto, ele observa que o efeito é limitado a uma estreita faixa de energia do elétron, e exigirá um ajuste fino para obter o nível de energia correto. "Isso pode ser impossível de se conseguir no laboratório, nós só não saberemos até que alguém tente, " ele diz. p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.