14/07/2015 - Investigadores del CiQUS multiplican la eficiencia de conversión termoeléctrica del nitruro de cromo usando películas delgadas

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Un equipo de investigadores del CiQUS ha conseguido incrementar hasta en un 250% la eficiencia de conversión termoeléctrica de una película delgada CrN, en comparación con el material a granel. El trabajo, que ha sido publicado por Advanced Materials,  abre la puerta al desarrollo de una nueva generación de materiales termoeléctricos basados en óxidos y nitruros

Aunque los materiales termoeléctricos (TE) son sobradamente conocidos, fiables, y se utilizan desde hace muchos años en ámbitos muy diversos (incluyendo el campo de la ingeniería aeroespacial), su escaso rendimiento y alto coste continúan representando un problema a la hora de favorecer un uso generalizado de esta tecnología.

En la actualidad, los materiales más comunes utilizados en dispositivos TE comerciales se basan en plomo (Pb), bismuto (Bi), telurio (Te) y selenio (Se), presentando en todos los casos numerosos problemas de inestabilidad, toxicidad o escasez. Por lo tanto, uno de los grandes retos que afronta la ciencia de materiales es el diseño de TE eficientes para producir electricidad a partir del calor deperdiciado en procesos industriales, de una manera más limpia y competitiva.

La principal aportación de los investigadores del CiQUS en este trabajo que ahora se publica en la revista Advanced Materialsha sido demostrar que el nitruro, en su forma natural (CrN), presenta en su estructura inestabilidades intrínsecas que anulan su conductividad térmica; pero, además, mediante la fabricación de películas nanométricas de alta calidad de CrN epitaxial, los investigadores obtuvieron, a temperatura ambiente, una mejora de hasta el 250% en comparación con el CrN natural en la figura de mérito termoeléctrica (una medida de la eficiencia de conversión).

Las conclusiones de esta investigación demuestran que ideas ya establecidas, como el concepto de resonancia en los enlaces químicos, pueden ser aplicadas también a la regulación de los fenómenos de transporte térmico en nitruros y óxidos de metales de transición. De esta manera, los resultados obtenidos con CrN (unidos a su alta estabilidad térmica, su resistencia a la corrosión y sus excepcionales propiedades mecánicas) lo convierten en un material prometedor para futuras aplicaciones termoeléctricas en altas temperaturas.

El trabajo, liderado por el Profesor Francisco Rivadulla  (ERC Starting Grant del CiQUS), se ha realizado en colaboración con grupos de investigación de las universidades de University of Wisconsin–Madison, Lincoln-Nebraska, Boise-Universidad de Idaho y el MIT (Massachusetts Institute of Technology, Boston).

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