I materiali termoelettrici possono convertire il calore di scarto direttamente in elettricità. Tommi Tynell, M.Sc., che è un dottorando presso la Aalto University School of Chemical Technology, ha sviluppato materiali termoelettrici ibridi che combinano proprietà utili da diversi tipi di materiali.
Ha scoperto che aggiungendo strati organici tra strati di zinco è possibile migliorare le prestazioni dei materiali termoelettrici. Si ritiene inoltre che gli strati organici abbiano un effetto importante nel ridurre la conduttività termica, che sarebbe molto utile nei materiali termoelettrici.
"Sviluppare materiali termoelettrici più efficienti è una grande sfida, perché le proprietà fisiche che influiscono sulle prestazioni dei materiali non sono indipendenti l'una dall'altra. L'ottimizzazione di un materiale è molto difficile, perché man mano che migliori una funzionalità, altre proprietà possono deteriorarsi contemporaneamente, "dice Tynell.
Il più grande ostacolo all'ampio utilizzo dei generatori termoelettrici è la bassa efficienza dei materiali termoelettrici attualmente conosciuti. Inoltre, le migliori mescole esistenti non resistono alle alte temperature richieste e spesso contengono elementi rari e dannosi.
Materiali ecologici
Nella sua ricerca di dottorato, Tynell ha aggiunto strati su strati di strutture su scala nanometrica, esaminando la loro formazione utilizzando dispositivi a raggi X e infrarossi. Nella ricerca, sono stati utilizzati sottili film di ossido di zinco, perché l'ossido di zinco è uno dei materiali di ossido termoelettrico più promettenti. I materiali a base di ossido sono rispettosi dell'ambiente e, a loro volta, la loro disponibilità non è un problema. Si ritiene che svolgeranno un ruolo importante nello sviluppo futuro delle tecnologie energetiche sostenibili.
Tynell ha combinato la deposizione di strati atomici e la deposizione di strati molecolari e quindi è riuscito a produrre un superreticolo ibrido composto da composti organici e inorganici. La deposizione dello strato atomico è un processo di nanofabbricazione controllato in modo estremamente accurato. Il processo è stato utilizzato per produrre nanostrutture stratificate dello spessore di cento nanometri, con strati organici estremamente sottili alternati a strati inorganici più spessi. Per la sostanza organica sono stati utilizzati tre diversi materiali di partenza:idrochinone, 4-amminofenolo e 4, 4'-ossidianilina. È stato scoperto che tutte le molecole organiche testate influenzano le proprietà termoelettriche del sottile film di ossido di zinco.
"Sebbene le strutture dei materiali di partenza fossero abbastanza simili, la dimensione dell'effetto era piuttosto variabile a seconda del materiale di partenza. L'idrochinone era il più applicabile dei tre, perché formava più facilmente le strutture desiderate."
Ricerca unica
Tommi Tynell ha svolto la sua tesi di dottorato nel gruppo di ricerca della professoressa dell'Accademia Maarit Karppinen. Karppinen e il suo team hanno studiato i materiali termoelettrici per una dozzina di anni. La ricerca del gruppo è unica in quanto è raro utilizzare materiali ibridi nella ricerca termoelettrica. Solo pochi gruppi di ricerca nel mondo sono attualmente concentrati sullo studio delle proprietà dei materiali ibridi. Utilizzando la raccolta di energia termoelettrica sarà possibile ridurre la nostra dipendenza dalle fonti energetiche tradizionali. Il calore residuo non sfruttato è disponibile ovunque. Per esempio, è prodotto nei processi industriali e nelle famiglie, e anche gli scarichi delle auto producono calore disperso. La ricerca di Tommi Tynell è un passo verso la possibilità di sfruttare il calore che attualmente sta scomparendo nel nulla.
