El uso de materiales termoeléctricos de alta eficiencia podría conducir a nuevos tipos de sistemas de refrigeración y nuevas formas de atrapar calor residual para generar electricidad. Investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York (EE.UU.), han desarrollado un proceso fácil y barato para producir dichos materiales.

Creados por el equipo de RPI, ya poseen un rendimiento igual a los que se encuentran en el mercado. Por otro lado el nuevo proceso, consistente en colocar productos químicos en un horno microondas, aún puede mejorar. "Ni siquiera lo hemos optimizado aún", afirma Ganpati Ramanath, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en RPI. "Estamos seguros de que podremos aumentar la eficiencia".

Los materiales termoeléctricos convierten el calor en electricidad, y viceversa. Se utilizan en aplicaciones especializadas, tales como la generación de energía en naves espaciales y asientos de coche con temperatura controlada. Si fueran más baratos y eficientes quizá podrían ser usados para crear refrigeradores ligeros, sistemas de enfriamiento para chips de ordenador y edificios, así como para usar el calor de escape del coche para proporcionar energía a componentes tales como los faros y la radio.

Un buen material termoeléctrico debe ser capaz de conducir bien la electricidad, y hacer lo contrario con el calor. Una forma de aumentar la eficiencia de transferencia de calor de estos materiales consiste en incluir características a nanoescala que bloqueen el flujo de calor sin restringir la corriente eléctrica.

Los investigadores han creado materiales nanoestructurados mediante la descomposición de cristales en polvo fino. Sin embargo, este proceso usa mucha energía y solo da como resultado materiales termoeléctricos de tipo p y alta eficiencia, una clase de material rica en partículas con carga positiva llamadas agujeros. Sin embargo, tanto los materiales de tipo p y n (que poseen una enorme cantidad de electrones) son necesarios para crear dispositivos prácticos.

"Hemos demostrado que podemos producir tanto materiales de tipo p como n, además de hacerlo a muchas escalas y de forma más rentable", indica Ramanath. "Podemos generar cantidades en gramos en cuestión de minutos".

Ramanath y sus colegas producen una solución a partir de materias primas como el telurio y el cloruro de bismuto en un solvente orgánico, y lo colocan en un horno de microondas doméstico durante 2 o 3 minutos. Obtienen una solución con nanoplacas hexagonales, que más tarde prensan y calientan para crear nanoesferas. Mediante el uso de un disolvente con azufre, los investigadores obtienen nanoplacas de tipo n dopadas de azufre.

La técnica, presentada en un artículo de Nature Materials publicado en Internet la semana pasada, produce materiales de tipo p tan eficientes como los mejores hoy día en el mercado, mientras que los materiales de tipo n son al menos un 25 por ciento más eficientes. Uno de los mayores fabricantes comerciales de dispositivos termoeléctricos está interesado en adoptar los nuevos materiales y procesos.

"Este es el primer material nanoestructurado de tipo n con un alto valor [de eficiencia]", señala John Badding, profesor de química en la Universidad de Penn State.

El descubrimiento clave del trabajo de RPI, según Badding, es que los investigadores están construyendo los materiales nanoestructurados desde cero usando procesos químicos. Esto significa que pueden ajustar las propiedades de los componentes y su ensamblaje para mejorar las propiedades del material. "La forma en que están produciendo el material es de gran importancia", indica. "La esperanza es que en el futuro, este tipo de método pueda conducir a una mayor eficacia".