p A eficiência é grande no minúsculo mundo dos nanofios termoelétricos. Pesquisadores do Sandia National Laboratories dizem que melhores materiais e técnicas de fabricação para os nanofios podem permitir que as montadoras colham energia do calor desperdiçado pelos sistemas de exaustão ou levar a dispositivos mais eficientes para resfriar chips de computador. p Pesquisadores Sandia publicaram um artigo, "Usando Eletroformação Galvanostática de Bi _1-x Sb _x Nanofios para controlar a composição, Cristalinidade e Orientação, "na edição de 28 de janeiro do Boletim MRS da Sociedade de Pesquisa de Materiais. Os autores são W. Graham Yelton, Steven J. Limmer, Douglas L. Medlin, Michael P. Siegal, Michelle Hekmaty, Jessica L. Lensch-Falk, Kristopher Erickson e Jamin Pillars.

p O trabalho foi a primeira vez que os pesquisadores conseguiram controlar a orientação do cristal, tamanho do cristal e uniformidade da liga por um único processo. Todos os três fatores contribuem para um melhor desempenho termelétrico, Yelton disse.

p "Os três juntos significam um grande ganho, e é difícil de fazer, "disse ele." É girar os botões do processo para fazer com que essas coisas se comportem. "

p Melhores geometrias de nanofios podem reduzir a condutividade de calor e melhorar o que é chamado de figura de mérito termoelétrica, uma medida da condutividade elétrica e térmica de um material. Quanto maior a condutividade elétrica e menor a condutividade térmica, quanto maior a figura de mérito e, Portanto, mais eficiente é o material. Contudo, a qualidade dos nanofios termoelétricos anteriores mostrou-se inadequada.

p Uso de nanofios termoelétricos em sua infância

p Apesar de sua ineficiência, alguns materiais termelétricos já estão em uso. Yelton compara seu estágio de desenvolvimento aos primeiros dias das células solares fotovoltaicas:Todos viram o potencial, mas eram tão ineficientes que só eram usados ​​quando nada mais funcionava.

p A eficiência aprimorada em nanofios aumentaria o uso de materiais termoelétricos. Eles já são usados ​​em alguns sensores, e os fabricantes de veículos esperam poder colher o calor dos sistemas de exaustão para alimentar os sistemas de sensores dos veículos, Yelton disse. Diminuir a energia necessária para operar o sistema operacional de um veículo pode reduzir o peso da bateria e do alternador e talvez eliminar alguns equipamentos de geração de energia, reduzindo o tamanho e o peso do veículo.

p O artigo de Sandia descreve como a equipe criou matrizes de nanofios termoelétricos com composição uniforme ao longo do comprimento do nanofio e em toda a extensão da matriz de nanofios, que potencialmente pode incluir centenas de milhões de nanofios. Além disso, eles criaram cristais de nanofios de tamanho e orientação uniforme, ou direção. A composição uniforme melhora a eficiência, enquanto a orientação é importante, então os elétrons, os portadores de energia, flua melhor.

p A equipe usou um método econômico chamado eletroformação à temperatura ambiente, que é bastante difundido na galvanoplastia comercial. A eletroformação deposita o material a uma taxa constante, o que, por sua vez, permite que os nanofios cresçam a uma taxa constante. O método produzia fios de 70-75 nanômetros de diâmetro e muitos mícrons de comprimento.

p Yelton usou pulsos de corrente controlada para depositar o material termoelétrico, controlando assim a composição ao longo do fio e da matriz. "Existem pequenas nuances na técnica que faço para permitir a orientação, o crescimento do cristal e a composição a ser mantida dentro de uma faixa bastante estreita, " ele disse.

p A técnica permitiu o controle sobre facetas importantes da formação de nanofios

p O método produziu um bastante grande, estrutura de arame cristalino levemente torcido que era quase um único cristal e tinha a orientação desejada. "Sem isso, você não poderia obter boas eficiências, "Yelton disse.

p A química do material também é importante. Para a equipe Sandia, os sais de antimônio desempenham um papel importante na qualidade e orientação cristalina. As ligas de bismuto-antimônio (Bi-Sb) têm um dos mais altos desempenhos termoelétricos - atuando como condutor de eletricidade e isolante contra o calor - entre muitos materiais para aplicações em temperatura ambiente. Mas os materiais Bi-Sb existentes não produzem resfriamento de estado sólido eficaz quando a energia é constantemente fornecida ao dispositivo que está sendo resfriado, como um computador.

p A equipe Sandia queria um composto que se comportasse como um metal, mas não conduzisse calor. A liga de antimônio com bismuto se encaixa na conta, Yelton disse. Matrizes de nanofios Bi-Sb eletroformadas com uma química à base de iodeto de antimônio não tinham as qualidades necessárias, mas matrizes eletroformadas de uma química à base de cloreto de antimônio produziram cristalografia e orientação para desempenho termoelétrico máximo.

p "A química nos permitiu ir de uma estrutura poli nano-cristalina para quase cristais únicos de 2-5 micrômetros, "dando melhor controle sobre a uniformidade, Yelton disse.

p Próxima etapa:faça um contato elétrico

p A próxima etapa é mais desafiadora:fazer um contato elétrico e estudar o comportamento termelétrico resultante.

p "Materiais termoelétricos prontamente formam óxidos ou intermetálicos, levando a conexões de contato deficientes ou maior resistência de contato elétrico. Isso reduz os ganhos alcançados no desenvolvimento dos materiais, "Yelton disse.

p Embora a equipe Sandia tenha conseguido um bom contato na parte inferior de uma matriz, fazer uma conexão no topo se provou difícil, ele disse.

p "Fazer um contato e medir o desempenho do array não é trivial, "Yelton disse.

p Ele e seus colegas estão buscando mais financiamento para resolver o problema de fazer contatos com sucesso, e, em seguida, para caracterizar as propriedades termoelétricas de matrizes. "Se tiver sucesso nos laboratórios, tentaríamos encontrar um colaborador da indústria para amadurecer a ideia, " ele disse.