Para converter calor em eletricidade, materiais facilmente acessíveis a partir de matérias-primas inofensivas abrem novas perspectivas no desenvolvimento dos chamados “materiais termoelétricos” seguros e baratos. Um mineral de cobre sintético adquire uma estrutura e microestrutura complexas por meio de simples mudanças em sua composição, estabelecendo assim as bases para as propriedades desejadas, de acordo com um estudo publicado na revista Angewandte Chemie.
O novo material sintético é composto de cobre, manganês, germânio e enxofre, e é produzido em um processo bastante simples, explica o cientista de materiais Emmanuel Guilmeau, pesquisador do CNRS no laboratório CRISMAT, Caen, França, autor correspondente do estudo . “Os pós são simplesmente ligados mecanicamente por moagem de bolas para formar uma fase pré-cristalizada, que é então densificada em 600 graus Celsius. Esse processo pode ser facilmente ampliado”, diz ele.
Materiais termoelétricos convertem calor em eletricidade. Isso é especialmente útil em processos industriais onde o calor residual é reutilizado como energia elétrica valiosa. A abordagem inversa é o resfriamento de peças eletrônicas, por exemplo, em smartphones ou carros. Os materiais utilizados neste tipo de aplicações têm de ser não só eficientes, mas também baratos e, acima de tudo, seguros para a saúde.
No entanto, os dispositivos termoelétricos utilizados até hoje fazem uso de elementos caros e tóxicos, como chumbo e telúrio, que oferecem a melhor eficiência de conversão. Para encontrar alternativas mais seguras, Emmanuel Guilmeau e sua equipe se voltaram para derivados de minerais naturais de sulfeto de cobre. Esses derivados minerais são compostos principalmente por elementos não tóxicos e abundantes, e alguns deles possuem propriedades termoelétricas.
Agora, a equipe conseguiu produzir uma série de materiais termoelétricos mostrando duas estruturas cristalinas dentro do mesmo material. “Ficamos muito surpresos com o resultado. Normalmente, mudar um pouco a composição tem pouco efeito sobre a estrutura nesta classe de materiais”, diz Emmanuel Guilmeau, descrevendo sua descoberta.
A equipe descobriu que a substituição de uma pequena fração do manganês por cobre produziu microestruturas complexas com nanodomínios interconectados, defeitos e interfaces coerentes, que afetaram as propriedades de transporte de elétrons e calor do material.
Emmanuel Guilmeau diz que o novo material produzido é estável até 400 graus Celsius, uma faixa bem dentro da faixa de temperatura de calor residual da maioria das indústrias. Ele está convencido de que, com base nessa descoberta, materiais termoelétricos mais baratos e não tóxicos podem ser projetados para substituir materiais mais problemáticos.
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