Todos sabemos que el mundo necesita desesperadamente la transici\u00f3n a fuentes de energ\u00eda renovables, pero muchos de nosotros olvidamos que tambi\u00e9n necesitamos hacer que nuestros sistemas de energ\u00eda sean m\u00e1s eficientes. En este momento, se estima que el 70% de toda la energ\u00eda que generamos en el mundo se pierde en forma de calor, a menudo en las propias centrales el\u00e9ctricas. Es un problema importante que podr\u00eda resolverse al menos parcialmente mediante la mejora de los materiales termoel\u00e9ctricos, lo que podr\u00eda reducir la p\u00e9rdida de calor y tambi\u00e9n capturar la energ\u00eda t\u00e9rmica desperdiciada.<\/p>\n\n\n\n
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 inorg\u00e1nico que tiene la conductividad t\u00e9rmica m\u00e1s baja jam\u00e1s 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 creaci\u00f3n es un \u201cgran avance en el control del flujo de calor a escala at\u00f3mica\u201d, explica un comunicado de prensa.<\/p>\n\n\n\n
\u201cEl material que hemos descubierto tiene la conductividad t\u00e9rmica m\u00e1s baja de cualquier s\u00f3lido inorg\u00e1nico y es un conductor de calor casi tan pobre como el aire mismo\u201d, dice el qu\u00edmico y l\u00edder del equipo Matt Rosseinsky de la Universidad de Liverpool.<\/p>\n\n\n\n
\u201cLas implicaciones de este descubrimiento son significativas, tanto para la comprensi\u00f3n cient\u00edfica fundamental como para las aplicaciones pr\u00e1cticas en dispositivos termoel\u00e9ctricos que recolectan el calor residual y como revestimientos de barrera t\u00e9rmica para turbinas de gas m\u00e1s eficientes\u201d.<\/p>\n\n\n\n
Si considera la conductividad t\u00e9rmica del acero como 1, entonces el agua y un ladrillo de construcci\u00f3n tendr\u00edan una conductividad t\u00e9rmica de 0.01. El aire rondar\u00eda el 0,0005 y el nuevo material es solo 0,001.<\/p>\n\n\n\n
Lo que es particularmente emocionante es que este material se cre\u00f3 a trav\u00e9s de una inteligente disposici\u00f3n de capas de \u00e1tomos, y el equipo dice que pueden usar la misma t\u00e9cnica para agregar propiedades adicionales. En el futuro, eso podr\u00eda significar fabricar materiales que no solo sean incre\u00edblemente resistentes al calor, sino que tambi\u00e9n sean superconductores de la electricidad, dos propiedades que ser\u00edan extremadamente beneficiosas para una red de energ\u00eda.<\/p>\n\n\n\n
\u201cM\u00e1s all\u00e1 del transporte de calor, esta estrategia podr\u00eda aplicarse a otras propiedades f\u00edsicas fundamentales importantes como el magnetismo y la superconductividad, lo que lleva a una computaci\u00f3n de menor energ\u00eda y un transporte de electricidad m\u00e1s eficiente\u201d, explica el f\u00edsico Jon Alaria.<\/p>\n\n\n\n
Los materiales inorg\u00e1nicos son aquellos que no contienen carbono, y este est\u00e1 hecho de BiOCl y Bi2O2Se. Como sugiere su nombre, es un compuesto de bismuto, ox\u00edgeno, selenio y cloro. Para crear el nuevo material conductor, el equipo encontr\u00f3 dos arreglos diferentes de los \u00e1tomos en esos materiales que resultaron en una mala conductividad t\u00e9rmica.<\/p>\n\n\n\n
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 desaceleraci\u00f3n del calor, en lugar de simplemente promediar la diferencia. En la imagen a continuaci\u00f3n, puede ver una representaci\u00f3n visual de los dos arreglos at\u00f3micos diferentes, representados por el amarillo y el azul, que se combinan para ralentizar de manera m\u00e1s efectiva el movimiento del calor a trav\u00e9s del material.<\/p>\n\n\n\n
El resultado es que Bi4O4SeCl2 es un conductor de calor mucho m\u00e1s pobre que cualquiera de los dos arreglos por s\u00ed mismos, logrando una conductividad t\u00e9rmica a temperatura ambiente de solo 0.1 W K^\u22121 m\u2212^1. En otras palabras, el material es una suma mayor que sus partes. Es importante tener en cuenta que este estudio solo analiz\u00f3 la conductividad t\u00e9rmica del nuevo material y ning\u00fan otro efecto, como la conductividad el\u00e9ctrica o el magnetismo. Por lo tanto, a\u00fan no est\u00e1 claro si este material podr\u00eda usarse en aplicaciones del mundo real, como la inform\u00e1tica o en la red el\u00e9ctrica. Pero ahora que sabemos c\u00f3mo colocar capas de \u00e1tomos de esta manera complicada, abre un gran potencial para nuevos materiales que toman estas propiedades de conductividad t\u00e9rmica y las combinan con otros rasgos deseables para mejorar el rendimiento termoel\u00e9ctrico o abrir la superconductividad.<\/p>\n\n\n\n
\u201cEste potencial para la optimizaci\u00f3n de propiedades m\u00faltiples ilustra c\u00f3mo la sinergia entre unidades modulares con enlaces compatibles puede permitir la generaci\u00f3n qu\u00edmica y el control de la funci\u00f3n\u201d, escriben los investigadores.<\/p>\n\n\n\n