I materiali termoelettrici possono utilizzare le differenze termiche per generare elettricità. Ora c'è un modo economico ed ecologico per produrli con gli strumenti più semplici:una matita, carta per fotocopie, e vernice conduttiva. Questi sono sufficienti per convertire una differenza di temperatura in energia elettrica tramite l'effetto termoelettrico, che ora è stato dimostrato da un team dell'Helmholtz-Zentrum di Berlino.

L'effetto termoelettrico è stato scoperto quasi 200 anni fa da Thomas J. Seebeck. Se si uniscono due metalli di diversa temperatura, possono sviluppare una tensione elettrica. Questo effetto consente di convertire parzialmente il calore residuo in energia elettrica. Il calore residuo è un sottoprodotto di quasi tutti i processi tecnologici e naturali, come nelle centrali elettriche e negli elettrodomestici, per non parlare del corpo umano. È anche una delle fonti energetiche più sottoutilizzate al mondo.

Effetto minuscolo

Però, per quanto utile sia un effetto, è estremamente piccolo nei metalli ordinari. Questo perché i metalli non solo hanno un'elevata conduttività elettrica, ma anche un'elevata conduttività termica, in modo che le differenze di temperatura scompaiano immediatamente. I materiali termoelettrici devono avere una bassa conduttività termica nonostante la loro elevata conduttività elettrica. I dispositivi termoelettrici realizzati con materiali semiconduttori inorganici come il tellururo di bismuto sono già utilizzati oggi in alcune applicazioni tecnologiche. Però, tali sistemi di materiali sono costosi e il loro utilizzo ripaga solo in determinate situazioni. I ricercatori stanno esplorando se flessibili, materiali organici atossici a base di nanostrutture di carbonio, Per esempio, potrebbe essere utilizzato anche nel corpo umano.

Il team guidato dal Prof. Norbert Nickel presso l'HZB ha ora dimostrato che l'effetto può essere ottenuto in modo molto più semplice:utilizzando una normale matita di grado HB, hanno coperto una piccola area con la matita su carta comune per fotocopie. Come secondo materiale, hanno applicato un trasparente, vernice copolimerica conduttiva (PEDOT:PSS) alla superficie.

Le tracce a matita sulla carta hanno fornito una tensione paragonabile ad altri nanocompositi molto più costosi attualmente utilizzati per elementi termoelettrici flessibili. E questa tensione potrebbe essere aumentata di dieci volte aggiungendo seleniuro di indio alla grafite della matita.

I ricercatori hanno studiato i film di rivestimento in grafite e copolimero utilizzando un microscopio elettronico a scansione e la diffusione Raman a HZB. "I risultati sono stati molto sorprendenti anche per noi, " dice Nickel. "Ma ora abbiamo trovato una spiegazione del perché funziona così bene:il deposito di matita lasciato sulla carta forma una superficie caratterizzata da scaglie di grafite non ordinate, un po' di grafene, e argilla. Mentre questo riduce solo leggermente la conduttività elettrica, il calore viene trasportato in modo molto meno efficace."

Questi semplici componenti potrebbero essere utilizzabili in futuro per stampare in modo estremamente economico, ecologico, e componenti termoelettrici atossici su carta. Tali componenti minuscoli e flessibili potrebbero anche essere utilizzati direttamente sul corpo e potrebbero utilizzare il calore corporeo per azionare piccoli dispositivi o sensori.