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| La estructura del material de superredes Bi4O4SeCl2. Crédito de la imagen: Universidad de Liverpool. |
"El material que hemos descubierto tiene la conductividad térmica más baja de todos los sólidos inorgánicos y es casi tan mal conductor del calor como el propio aire", afirma el autor principal, el profesor Matt Rosseinsky, investigador del Departamento de Química de la Universidad de Liverpool.
"Las implicaciones de este descubrimiento son importantes, tanto para la comprensión científica fundamental como para las aplicaciones prácticas en dispositivos termoeléctricos que recogen el calor residual y como revestimientos de barrera térmica para turbinas de gas más eficientes".
El profesor Rosseinsky y sus colegas identificaron los mecanismos responsables de la reducción del transporte de calor en dos componentes, BiOCl y Bi2O2Se, midiendo y modelando las conductividades térmicas de sus estructuras.
"Combinar estos mecanismos en un solo material es difícil, porque tenemos que controlar exactamente cómo se disponen los átomos en él", dijeron.
"Intuitivamente, esperaríamos obtener una media de las propiedades físicas de los dos componentes".
"Al elegir interfaces químicas favorables entre cada una de estas disposiciones atómicas diferentes, sintetizamos experimentalmente un material que combina ambas".
El nuevo material, con dos disposiciones combinadas, tiene una conductividad térmica extremadamente baja, de 0,1 W/K*m a temperatura ambiente, mucho menor que cualquiera de los materiales madre con una sola disposición.
Este resultado inesperado muestra el efecto sinérgico del control químico de las localizaciones atómicas en la estructura, y es la razón por la que las propiedades de la estructura completa son superiores a las de las dos partes individuales.
El desarrollo de materiales termoeléctricos nuevos y más eficaces, capaces de convertir el calor en electricidad, se considera una fuente clave de energía limpia.
"El emocionante hallazgo de este estudio es que es posible mejorar la propiedad de un material utilizando conceptos de física complementaria y una interfaz atomística adecuada", dijo el Dr. Jon Alaria, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Liverpool.
"Más allá del transporte de calor, esta estrategia podría aplicarse a otras propiedades físicas fundamentales importantes, como el magnetismo y la superconductividad, lo que llevaría a una computación de menor energía y a un transporte más eficiente de la electricidad".
Fuentes, créditos y referencias:
Quinn D. Gibson et al. Baja conductividad térmica en un material inorgánico modular con anisotropía de enlace y desajuste. Science, publicado en línea el 15 de julio de 2021; doi: 10.1126/science.abh1619