Los ingenieros han soñado durante mucho tiempo en recuperar el calor residual de un microchip o del motor de un coche y convertirlo en electricidad utilizable. Sin embargo, los materiales termoeléctricos, que convierten el calor en electricidad, nunca han sido lo suficientemente eficientes para ir más allá de unas pocas aplicaciones muy específicas.

Recientemente, un equipo de investigadores del Caltech ha demostrado unos nuevos materiales que podrían aumentar la eficiencia de los dispositivos termoeléctricos. Ellos han realizado las pruebas del diseño utilizando el silicio, pero señalan que también debería mejorar el rendimiento de otros materiales termoeléctricos.

Un buen material termoeléctrico conduce muy bien la electricidad, pero mal el calor. Sin embargo, la mayoría de materiales naturales que conducen la electricidad, también conducen bien el calor. Así que los investigadores del grupo del Caltech, dirigidos por el profesor de química James Heath, han tratado de realizar diseños a nanoescala que rompan la relación entre la conductividad térmica y la conducitividad eléctrica en materiales abundantes como el silicio.

En 2008, el grupo de Heath demostró que unas matrices de nanocables de silicio son tan eficientes convirtiendo el calor en electricidad como los materiales más exóticos usados en los dispositivos termoeléctricos comerciales. Los nanocables son muy buenos conductores de la electricidad, pero desvían el calor haciendo que los paquetes de energía llamados fonones reboten. No obstante, el aumentar la eficiencia no fue suficiente para hacer viable el uso generalizado de estos materiales.

Recientemente, los investigadores del Caltech han desarrollado un nuevo diseño a nanoescala para materiales termoeléctrices. Ellos creen que su diseño funciona por un mecanismo diferente--en lugar de desviar los fonones, los ralentiza considerablemente. Los investigadores han demostrado el diseño de la nanomalla en unas finas películas de silicio plagado de una serie regular de nanoporos. En comparación con una película de silicio sin patrón, la nanomalla conduce 10 veces menos calor. Estos resultados se han descrito en la revista Nature Nanotechnology.

Son necesarios más experimentos para verificar la eficiencia termoeléctrica total de la nanomalla y establecer por qué es un buen aislante térmico. Los investigadores afirman que el la nanomalla de silicio es un metamaterial--es decir, presenta propiedades que no se encuentran en los materiales naturales. "Hemos logrado aprovechar la naturaleza ondulatoria de los fonones para aminorar su velocidad", explica el investigador Slobodan Mitrovic del Caltech.

Los investigadores tienen que realizar más experimentos para probar que el material está realmente frenando fonones, o para establecer de qué forma funciona realmente. Además, el grupo está desarrollando la técnica química de grabado que utilizaron para crear la nanomalla de silicio para poder aplicarla a otros materiales termoeléctricos que son de por sí más eficientes.