p Se você já deu uma volta em um carro de luxo e sentiu suas costas sendo aquecidas ou resfriadas por um sistema de controle de temperatura baseado no assento, então provavelmente você já experimentou os benefícios de uma classe de materiais chamada termoelétrica. Materiais termoelétricos convertem calor em eletricidade, e vice versa, e eles têm muitas vantagens sobre os sistemas de aquecimento e resfriamento mais tradicionais. p Recentemente, pesquisadores observaram que o desempenho de alguns materiais termoelétricos pode ser melhorado pela combinação de diferentes fases sólidas - mais de um material misturado como pedaços de gordura e carne em uma fatia de salame. As observações oferecem a perspectiva tentadora de aumentar significativamente a eficiência energética da termelétrica, mas os cientistas ainda não têm as ferramentas para entender completamente como as propriedades de massa surgem de combinações de fases sólidas.

p Agora, uma equipe de pesquisa baseada no California Institute of Technology (Caltech) desenvolveu uma nova forma de analisar as propriedades elétricas de termelétricas que possuem duas ou mais fases sólidas. A nova técnica pode ajudar os pesquisadores a entender melhor as propriedades termoelétricas multifásicas - e oferecer dicas sobre como projetar novos materiais para obter as melhores propriedades.

p A equipe descreve sua nova técnica em um artigo publicado na revista Cartas de Física Aplicada .

p Uma velha teoria faz 180

p Porque às vezes é difícil fabricar separadamente os componentes puros que compõem os materiais multifásicos, os pesquisadores nem sempre podem medir as propriedades da fase pura diretamente. A equipe do Caltech superou esse desafio desenvolvendo uma maneira de calcular as propriedades elétricas de fases individuais, experimentando apenas diretamente com o composto.

p "É como se você tivesse feito biscoitos de chocolate, e você quer saber o sabor das gotas de chocolate e da massa sozinhas, mas você não pode, porque cada mordida que você dá tem raspas de chocolate e massa, "disse Jeff Snyder, pesquisador da Caltech especializado em materiais e dispositivos termoelétricos.

p Para separar os "chips" e a "massa" sem desfazer o forno, Snyder e seus colegas recorreram a uma teoria de décadas, chamada teoria do meio eficaz, e eles deram um novo toque.

p "A teoria do meio eficaz é muito antiga, "disse o Dia de Tristão, um estudante de pós-graduação no laboratório Caltech de Snyder e primeiro autor no artigo APL. A teoria é tradicionalmente usada para prever as propriedades de um composto em massa com base nas propriedades das fases individuais. "O que há de novo no que fizemos é que pegamos um compósito, e, em seguida, retirou as propriedades de cada fase constituinte, "disse o dia.

p A chave para fazer a reversão funcionar está na maneira diferente como cada parte de um material termoelétrico composto responde a um campo magnético. Ao medir certas propriedades elétricas em uma faixa de diferentes intensidades de campo magnético, os pesquisadores foram capazes de separar a influência das duas fases diferentes.

p A equipe testou seu método na termelétrica amplamente estudada Cu1,97 Ag0,03Se, que consiste em uma estrutura cristalina principal de Cu2Se e uma fase de impureza com a estrutura cristalina de CuAgSe.

p Controle de temperatura do futuro?

p Materiais termoelétricos são usados ​​atualmente em muitas aplicações de nicho, incluindo assentos de carro com ar-condicionado, refrigeradores de vinho, e refrigeradores médicos usados ​​para armazenar medicamentos sensíveis à temperatura.

p "Os benefícios definitivos do uso de termelétricas são que não há partes móveis no mecanismo de resfriamento, e você não precisa ter as mesmas flutuações de temperatura típicas de uma geladeira com compressor que liga a cada meia hora, chacoalha um pouco e depois desliga, "disse Snyder.

p Uma das desvantagens dos sistemas de resfriamento termoelétricos, Contudo, é o seu consumo de energia.

p Se usado da mesma maneira que um sistema de refrigeração baseado em compressor, a maioria das termelétricas comerciais exigiria aproximadamente 3 vezes mais energia para fornecer a mesma potência de resfriamento. A análise teórica sugere que a eficiência energética da termelétrica pode ser significativamente melhorada se as combinações de materiais e estruturas corretas forem encontradas, e esta é uma área em que os novos métodos de cálculo de Synder e seus colegas podem ajudar.

p Muitos dos benefícios de desempenho de termelétricas multifásicas podem vir de efeitos quânticos gerados por estruturas em escala micro e nano. Os cálculos dos pesquisadores do Caltech fazem suposições clássicas, mas Snyder observa que as discrepâncias entre os cálculos e as propriedades observadas podem confirmar os efeitos da nanoescala.

p Snyder também aponta que, embora a termoelétrica possa ser menos eficiente em termos de energia do que os compressores, seu pequeno tamanho e versatilidade significam que podem ser usados ​​de maneiras mais inteligentes para reduzir o consumo de energia. Por exemplo, aquecedores termoelétricos ou resfriadores podem ser colocados em áreas estratégicas ao redor de um carro, como o assento e o volante. Os sistemas termoelétricos criariam a sensação de calor ou frio para o motorista sem consumir energia para mudar a temperatura de toda a cabine.

p "Eu não sei sobre você, mas quando estou desconfortável em um carro é porque estou sentado em uma cadeira quente e minhas costas estão quentes, "disse Snyder." Em princípio, 100 watts de refrigeração em um assento de carro podem substituir 1000 watts na cabine. "

p Em última análise, a equipe gostaria de usar seu novo conhecimento em termoelétricas para projetar materiais 'inteligentes' com as propriedades certas para qualquer aplicação específica.

p "Nós nos divertimos muito porque pensamos em nós mesmos como engenheiros de materiais com a tabela periódica e as microestruturas como nossos playgrounds, "Snyder disse.