Todos sabemos que el mundo necesita desesperadamente la transición a fuentes de energía renovables, pero muchos de nosotros olvidamos que también necesitamos hacer que nuestros sistemas de energía sean más eficientes. En este momento, se estima que el 70% de toda la energía que generamos en el mundo se pierde en forma de calor, a menudo en las propias centrales eléctricas. Es un problema importante que podría resolverse al menos parcialmente mediante la mejora de los materiales termoeléctricos, lo que podría reducir la pérdida de calor y también capturar la energía térmica desperdiciada.
Ahora, los investigadores dirigidos por la Universidad de Liverpool en el Reino Unido han dado un gran paso hacia este objetivo, con el descubrimiento de un nuevo material inorgánico que tiene la conductividad térmica más baja jamás reportada. De hecho, a temperatura ambiente, el material ralentiza la transferencia de calor casi tanto como lo hace el aire. El nuevo material se llama Bi4O4SeCl2 (no muy pegajoso, lo sabemos) y su creación es un “gran avance en el control del flujo de calor a escala atómica”, explica un comunicado de prensa.
“El material que hemos descubierto tiene la conductividad térmica más baja de cualquier sólido inorgánico y es un conductor de calor casi tan pobre como el aire mismo”, dice el químico y líder del equipo Matt Rosseinsky de la Universidad de Liverpool.
“Las implicaciones de este descubrimiento son significativas, tanto para la comprensión científica fundamental como para las aplicaciones prácticas en dispositivos termoeléctricos que recolectan el calor residual y como revestimientos de barrera térmica para turbinas de gas más eficientes”.
Si considera la conductividad térmica del acero como 1, entonces el agua y un ladrillo de construcción tendrían una conductividad térmica de 0.01. El aire rondaría el 0,0005 y el nuevo material es solo 0,001.
Lo que es particularmente emocionante es que este material se creó a través de una inteligente disposición de capas de átomos, y el equipo dice que pueden usar la misma técnica para agregar propiedades adicionales. En el futuro, eso podría significar fabricar materiales que no solo sean increíblemente resistentes al calor, sino que también sean superconductores de la electricidad, dos propiedades que serían extremadamente beneficiosas para una red de energía.
“Más allá del transporte de calor, esta estrategia podría aplicarse a otras propiedades físicas fundamentales importantes como el magnetismo y la superconductividad, lo que lleva a una computación de menor energía y un transporte de electricidad más eficiente”, explica el físico Jon Alaria.
Los materiales inorgánicos son aquellos que no contienen carbono, y este está hecho de BiOCl y Bi2O2Se. Como sugiere su nombre, es un compuesto de bismuto, oxígeno, selenio y cloro. Para crear el nuevo material conductor, el equipo encontró dos arreglos diferentes de los átomos en esos materiales que resultaron en una mala conductividad térmica.
Luego estudiaron los mecanismos responsables de desacelerar el calor en cada uno de esos arreglos y encontraron una manera de unir los dos de una manera que les permitiera combinar los efectos de desaceleración del calor, en lugar de simplemente promediar la diferencia. En la imagen a continuación, puede ver una representación visual de los dos arreglos atómicos diferentes, representados por el amarillo y el azul, que se combinan para ralentizar de manera más efectiva el movimiento del calor a través del material.
El resultado es que Bi4O4SeCl2 es un conductor de calor mucho más pobre que cualquiera de los dos arreglos por sí mismos, logrando una conductividad térmica a temperatura ambiente de solo 0.1 W K^−1 m−^1. En otras palabras, el material es una suma mayor que sus partes. Es importante tener en cuenta que este estudio solo analizó la conductividad térmica del nuevo material y ningún otro efecto, como la conductividad eléctrica o el magnetismo. Por lo tanto, aún no está claro si este material podría usarse en aplicaciones del mundo real, como la informática o en la red eléctrica. Pero ahora que sabemos cómo colocar capas de átomos de esta manera complicada, abre un gran potencial para nuevos materiales que toman estas propiedades de conductividad térmica y las combinan con otros rasgos deseables para mejorar el rendimiento termoeléctrico o abrir la superconductividad.
“Este potencial para la optimización de propiedades múltiples ilustra cómo la sinergia entre unidades modulares con enlaces compatibles puede permitir la generación química y el control de la función”, escriben los investigadores.
Fuente: Science Alert.
