p A busca por termelétricas, materiais exóticos que convertem calor diretamente em eletricidade, recebeu um incentivo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade de Tóquio, que encontraram a melhor maneira de identificá-los. p No novo jornal de acesso aberto Materiais APL , a equipe mostra que uma técnica relativamente simples chamada de "aproximação de banda rígida" pode prever as propriedades de um material com mais precisão do que um concorrente, método mais complicado.

p "A abordagem de banda rígida ainda fornece o simples, conceitos de engenharia preditiva de que precisamos para descobrir composições frutíferas de materiais termoelétricos, "diz G. Jeffrey Snyder, um membro do corpo docente da Caltech em ciência dos materiais, quem liderou a pesquisa.

p A termoelétrica tem sido usada desde 1950 para alimentar espaçonaves, convertendo o calor da decomposição radioativa em eletricidade. Suas propriedades incomuns surgem de interações complexas entre os muitos elétrons associados aos átomos em ligas de metais pesados, como o chumbo, bismuto, telúrio e antimônio.

p Sem peças móveis, geradores termoelétricos são silenciosos e extremamente confiáveis, exigindo manutenção mínima. Contudo, os geradores são relativamente ineficientes (normalmente menos de 10 por cento) e os materiais necessários para construí-los são caros - fatores que impediram seu uso generalizado e termoelétricas limitadas a aplicações de nicho, como naves espaciais ou refrigeradores de vinho.

p Nos últimos anos, Contudo, a necessidade de maior eficiência energética e geração de energia não baseada em carbono despertou interesse renovado em termelétricas. Com melhorias, os pesquisadores acreditam que os materiais podem gerar eletricidade barata a partir do calor, de outra forma desperdiçado, produzido por motores e fornos de fábricas.

p "Se pudéssemos dobrar sua eficiência, então, os módulos termoelétricos incorporados ao sistema de escapamento do motor de um automóvel poderiam gerar energia suficiente para substituir o alternador, o que aumentaria o consumo de combustível do carro, "disse Snyder.

p O desafio para os cientistas é escolher composições de ligas, tamanhos de cristal e aditivos, (também chamados de dopantes), que renderia alta eficiência termoelétrica. Com um número exaustivo de combinações possíveis para escolher, os cientistas usam cálculos teóricos para orientar sua busca por materiais promissores. A extrema complexidade dos materiais, Contudo, requer que os teóricos façam várias suposições, cada uma delas levando a diferentes abordagens.

p A abordagem mais comum é a aproximação de "banda rígida", que fornece um modelo relativamente simples da estrutura eletrônica de um material, e a abordagem mais complexa de "supercélula", que dá uma imagem detalhada de seu arranjo atômico ideal. Alguns cientistas disseram que a abordagem de banda rígida é muito simples e imprecisa para ser útil.

p A equipe de Snyder relatou exatamente o resultado oposto. Seus cálculos mostraram que a abordagem de banda rígida era realmente mais precisa do que o método da supercélula na previsão das propriedades observadas de uma termoelétrica popular - telureto de chumbo - dopado com uma pequena quantidade de sódio, potássio ou tálio.

p "As abordagens da Supercell são precisas para casos de dopantes muito específicos, mas eles não levam em consideração os vários defeitos presentes em materiais reais, "Snyder disse. Usando o modelo de banda rígida mais simples, ele adicionou, os cientistas devem ser capazes de identificar mais rapidamente novas composições termelétricas promissoras e mais eficientes.