(PhysOrg.com) -- Il calore di scarto è un sottoprodotto di quasi tutti i dispositivi elettrici e i processi industriali, dalla guida di un'auto al pilotaggio di un aereo o alla gestione di una centrale elettrica. I ricercatori di ingegneria del Rensselaer Polytechnic Institute hanno sviluppato nuovi nanomateriali che potrebbero portare a tecniche per catturare e far funzionare meglio questo calore di scarto. Gli ingredienti chiave per produrre pellet delle dimensioni di marmo del nuovo materiale sono l'alluminio e un comune, forno a microonde di tutti i giorni.

La raccolta di elettricità dal calore di scarto richiede un materiale che sia bravo a condurre l'elettricità ma scarso a condurre il calore. Uno dei candidati più promettenti per questo lavoro è l'ossido di zinco, un non tossico, materiale economico con un alto punto di fusione. Sebbene esistano tecniche di nanoingegneria per aumentare la conduttività elettrica dell'ossido di zinco, l'elevata conduttività termica del materiale è un ostacolo alla sua efficacia nella raccolta e nella conversione del calore di scarto. Poiché la conduttività termica ed elettrica sono proprietà correlate, è molto difficile diminuire uno senza diminuire anche l'altro.

Però, un team di ricercatori guidati da Ganpati Ramanath, professore nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali a Rensselaer, in collaborazione con l'Università di Wollongong, Australia, hanno dimostrato un nuovo modo per diminuire la conduttività termica dell'ossido di zinco senza ridurne la conduttività elettrica. L'innovazione prevede l'aggiunta di piccole quantità di alluminio all'ossido di zinco, e la lavorazione dei materiali in un forno a microonde. Il processo è adattato da una tecnica inventata a Rensselaer da Ramanath, studente laureato Rutvik Mehta, e Theo Borca-Tasciuc, professore associato presso il Dipartimento di Meccanica, Aerospaziale, e Ingegneria Nucleare (MANE). Questo lavoro potrebbe aprire la porta a nuove tecnologie per la raccolta del calore di scarto e la creazione di automobili ad alta efficienza energetica, aereo, centrali elettriche, e altri sistemi.

“La raccolta del calore di scarto è una proposta molto interessante, poiché possiamo convertire il calore in elettricità e utilizzarlo per alimentare dispositivi, come in un'auto o un jet, che in primo luogo crea il calore. Ciò porterebbe a una maggiore efficienza in quasi tutto ciò che facciamo e, in definitiva, ridurre la nostra dipendenza dai combustibili fossili, ” ha detto Ramanath. “Siamo i primi a dimostrare proprietà termoelettriche così favorevoli in materiali ad alta temperatura di grandi dimensioni, e riteniamo che la nostra scoperta aprirà la strada a nuovi dispositivi per la raccolta di energia dal calore di scarto”.

I risultati dello studio sono dettagliati nel documento "Nanocompositi di ossido di zinco drogati con Al con proprietà termoelettriche potenziate, ” pubblicato di recente dalla rivista Nano lettere . Visualizza il documento online su:pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl202439h

Per creare il nuovo nanomateriale, i ricercatori hanno aggiunto minuscole quantità di alluminio a nanocristalli di ossido di zinco a forma controllata, e li ho riscaldati in un forno a microonde da $ 40. Il team di Ramanath è in grado di produrre diversi grammi del nanomateriale in pochi minuti, che è sufficiente per realizzare un dispositivo lungo pochi centimetri. Il processo è meno costoso e più scalabile rispetto ai metodi convenzionali ed è rispettoso dell'ambiente, ha detto Ramanath. A differenza di molti nanomateriali fabbricati direttamente su un substrato o una superficie, questo nuovo metodo a microonde può produrre pellet di nanomateriali che possono essere applicati a diverse superfici. Questi attributi, insieme a bassa conducibilità termica e alta conduttività elettrica, sono altamente adatti per applicazioni di raccolta del calore.

“La nostra scoperta potrebbe essere la chiave per superare le principali sfide fondamentali legate al lavoro con materiali termoelettrici, ” ha affermato il collaboratore del progetto  Borca-Tasciuc. “Inoltre, il nostro processo è suscettibile di ridimensionamento per la produzione su larga scala. È davvero sorprendente che alcuni atomi di alluminio possano cospirare per darci proprietà termoelettriche che ci interessano".