p Pesquisadores da Tokyo Metropolitan University mostraram que uma quantidade conhecida como condutividade termoelétrica é uma medida eficaz para a dimensionalidade de nanomateriais termoelétricos recentemente desenvolvidos. Estudando filmes de nanotubos de carbono semicondutores de parede única e folhas atomicamente finas de sulfeto de molibdênio e grafeno, eles encontraram distinções claras em como esse número varia com a condutividade, de acordo com as previsões teóricas em materiais 1D e 2D. Essa métrica promete melhores estratégias de projeto para materiais termoelétricos. p Dispositivos termoelétricos pegam diferenças de temperatura entre diferentes materiais e geram energia elétrica. O exemplo mais simples são duas tiras de metais diferentes soldadas em ambas as extremidades para formar um laço; aquecer uma das junções enquanto mantém a outra fria cria uma corrente elétrica. Isso é chamado de efeito Seebeck. Suas aplicações potenciais prometem o uso eficaz da tremenda quantidade de energia que é desperdiçada como calor dissipado na vida cotidiana, seja na transmissão de energia, exaustão industrial, ou até mesmo o calor corporal. Em 1993, foi teorizado que atomicamente fino, materiais unidimensionais teriam a combinação ideal de propriedades necessária para criar dispositivos termoelétricos eficientes. A pesquisa resultante levou à aplicação de nanomateriais, como nanotubos de carbono semicondutores de parede única (SWCNTs).

p Contudo, havia um problema contínuo que impedia que novos projetos e sistemas fossem caracterizados com precisão. As principais propriedades dos dispositivos termoelétricos são a condutividade térmica, condutividade elétrica, e o coeficiente Seebeck, uma medida de quanta voltagem é criada na interface entre diferentes materiais para uma dada diferença de temperatura. À medida que a ciência dos materiais avançava na era da nanotecnologia, esses números não eram suficientes para expressar uma propriedade-chave dos novos nanomateriais que estavam sendo criados:a "dimensionalidade" do material, ou como 1D, 2D ou 3D, o material se comporta. Sem um confiável, métrica inequívoca, fica difícil discutir, muito menos otimizar novos materiais, particularmente como a dimensionalidade de sua estrutura leva a um desempenho termoelétrico aprimorado.

p Para enfrentar este dilema, uma equipe liderada pelo professor Kazuhiro Yanagi, da Tokyo Metropolitan University, decidiu explorar um novo parâmetro recentemente sinalizado por estudos teóricos, a "condutividade termoelétrica". Ao contrário do coeficiente de Seebeck, os cálculos teóricos da equipe confirmaram que este valor variou de forma diferente com o aumento da condutividade para 1D, Sistemas 2D e 3D. Eles também confirmaram isso experimentalmente, preparação de filmes finos de nanotubos de carbono de parede única, bem como folhas atomicamente finas de sulfeto de molibdênio e grafeno, materiais arquetípicos em 1D e 2D, respectivamente. As medições mostraram de forma conclusiva que a condutividade termoelétrica do material 1D diminuiu em valores mais elevados de condutividade, enquanto a curva para materiais 2D estabilizou. Eles também observam que isso demonstra como a dimensionalidade do material é mantida mesmo quando o material é preparado em filmes macroscópicos, um grande impulso para os esforços para alavancar a dimensionalidade específica de certas estruturas para melhorar o desempenho termelétrico.

p Combinado com cálculos teóricos, a equipe concluiu que a alta condutividade termoelétrica, alta condutividade elétrica convencional, e a baixa condutividade térmica são os principais objetivos para a engenharia de novos dispositivos. Eles esperam que sejam mensuráveis, alvos tangíveis trarão a clareza e a unidade tão necessárias para o desenvolvimento de dispositivos termoelétricos de última geração.