La ‘termopotenza’ degli ossidi

È uscito su Nature Communications lo studio italo-svizzero che rivela come alcuni materiali artificiali composti da diversi ossidi possiedano un’efficienza mai osservata finora nel convertire il calore in energia elettrica.

Uno studio internazionale pubblicato su Nature Communications individua in alcuni ossidi artificiali la capacità di sfruttare in maniera mai rilevata finora l’effetto termoelettrico, cioè la proprietà che permette a un materiale di convertire il calore in energia elettrica. La pubblicazione è frutto di una ricerca congiunta italo-svizzera che ha coinvolto le Università di Genova e Ginevra in collaborazione con due Istituti del Cnr: l’Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi (Spin, Genova) e l’Istituto officina dei materiali (Iom, Cagliari).

Noto anche come ‘effetto Seebeck’, il potere termoelettrico permette di generare energia elettrica grazie a una differenza di temperatura tra due punti di un materiale: sebbene sia una proprietà osservabile in quasi tutti i materiali conosciuti, l’efficacia è relativamente debole e, sinora solo il 10% dell’energia dispersa in calore può essere recuperata. Lo studio mostra che, ingegnerizzando le proprietà dei materiali su scala nanometrica, si possono ottenere valori record di termoelettricità a basse temperature.

Se fino ad oggi la scarsa disponibilità di materiali ad alto coefficiente di conversione energetica ne ha limitato l’utilizzo ad alcuni specifici settori (come quello delle sonde spaziali o alcune particolari tipologie di frigoriferi per vini), in futuro disporre di una nuova classe di materiali altamente performanti ed economici potrebbe estenderne significativamente l’uso in ambito industriale, migliorando la resa di dispositivi quali processori di computer e motori per auto.

La ricerca ha rivelato, in particolare, un grande potenziale per la famiglia degli ossidi che – oltre a presentare un elevato coefficiente di conversione energetica – sono in grado di sopportare temperature molto alte e non sono tossici. “Misure a bassa temperatura sull’interfaccia tra due ossidi isolanti ci hanno permesso di rivelare valori enormi di termoelettricità”, spiega Jean-Marc Triscone del Dipartimento di Quantum Matter Physics dell’Università di Ginevra.

Lo studio, coordinato da Daniele Marré (Università di Genova e Cnr-Spin) ha avuto anche importanti ricadute per la comprensione delle proprietà fisiche di questi materiali: è stata rivelata infatti, in maniera del tutto sorprendente, la presenza di elettroni intrappolati nel materiale. “Questo stato elettronico è stato cercato in sistemi artificiali per lungo tempo senza avere conferma sperimentale con altre tecniche”, aggiunge Ilaria Pallecchi (Cnr-Spin), che ha eseguito le misure, “e la sua interpretazione è stata resa possibile anche grazie al modello teorico sviluppato da Alessio Filippetti dell’Istituto officina dei materiali (Iom) del Cnr di Cagliari”.

La sfida futura sarà ottimizzare le proprietà di questi materiali in modo da realizzare strutture artificiali dotate di elevati coefficienti termoelettrici a temperatura ambiente e oltre.

 

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