Sempre di più gli scienziati vogliono cercare di convertire in modo efficiente il calore in elettricità, materiali facilmente accessibili da materie prime innocue aprono nuove prospettive nello sviluppo di cosiddetti materiali termoelettrici sicuri ed economici. Secondo un nuovo studio un minerale di rame sintetico acquisisce una struttura e una microstruttura complesse, modificando semplicemente la sua composizione, ponendo le basi per le proprietà desiderate.
Il nuovo materiale sintetico è composto da rame, manganese, germanio e zolfo ed è prodotto in un processo piuttosto semplice. Le polveri vengono semplicemente legate meccanicamente mediante macinazione a sfere per formare una fase pre cristallizzata, che viene poi densificata di 600 gradi Celsius. Questo processo può essere facilmente ampliato. Quindi possiamo dire che i materiali termoelettrici sono in grado di trasformare il calore in elettricità.
Ciò è particolarmente utile nei processi industriali in cui il calore di scarto viene riutilizzato come preziosa energia elettrica. L’approccio inverso è il raffreddamento delle parti elettroniche, ad esempio negli smartphone o nelle automobili. I materiali utilizzati in questo tipo di applicazioni devono essere non solo efficienti, ma anche economici e, soprattutto, sicuri per la salute. I dispositivi termoelettrici utilizzati fino ad oggi, fanno uso di materiali costosi e purtroppo tossici, come piombo e tellurio, che però sono utili per la conversione. Per trovare giuste alternative e alquanto sicure, i ricercatori hanno utilizzato minerali naturali a base di solfuro di rame.
Questi derivati minerali sono composti principalmente da elementi non tossici e abbondanti, e alcuni di essi hanno proprietà termoelettriche. Ora il team è riuscito a realizzare una serie di materiali termoelettrici, che mostrano due strutture cristalline in un unico materiale. I ricercatori hanno scoperto che la sostituzione di una piccola frazione del manganese con il rame ha prodotto microstrutture complesse con nanodomini interconnessi, difetti e interfacce coerenti, che hanno influenzato le proprietà di trasporto del materiale per gli elettroni e il calore.
Il nuovo materiale prodotto è risultato essere stabile fino a 400 gradi Celsius. Questo è un intervallo di temperatura che rientra in modo ampio nell’intervallo di temperatura del calore di scarto della maggior parte delle industrie. Sulla base di questa scoperta potrebbero essere progettati nuovi materiali termoelettrici più economici e non tossici per la nostra salute.
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