Compuesto curioso: el seleniuro de estaño puede ser la clave para las soluciones termoeléctricas

Por: Trisha Radulovich | Publicado:10 de julio de 2023 | 12:37 | COMPARTIR:

Investigadores de la Facultad de Ingeniería de FAMU-FSU y del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético descubrieron que se producen cambios estructurales a nivel atómico cuando el compuesto seleniuro de estaño se calienta, cambios que le ayudan a conducir electricidad pero no calor.

El estudio, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía, proporciona información que podría conducir a nuevas tecnologías para aplicaciones como la refrigeración o la recuperación del calor residual de los automóviles o las centrales nucleares. La investigación fue publicada por Nature Communications.

"El seleniuro de estaño es un compuesto curioso", dijo Theo Siegrist, profesor de ingeniería química y biomédica en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU. “Ha despertado mucho interés por sus propiedades termoeléctricas especiales de alta temperatura. La optimización de esas características puede conducir a opciones viables para la generación de energía sostenible y otros usos en el futuro”.

Los científicos ya sabían que el seleniuro de estaño tenía un alto coeficiente termoeléctrico a temperaturas elevadas, lo que significa que puede crear una fuerte corriente eléctrica a partir de un gradiente de temperatura. La pregunta era por qué y cómo.

Los investigadores descubrieron que a medida que el compuesto se calentaba, los enlaces entre el estaño y el selenio permanecían prácticamente sin cambios, todavía conectados por tres enlaces cortos y varios enlaces largos. Pero los átomos de estaño en el compuesto comenzaron a moverse, pasando de una estructura reticular completamente ordenada a una parcialmente desordenada.

"La idea inicial sobre este cambio era que los átomos estaban desplazados, pero descubrimos que lo que en realidad estaba sucediendo era una transición de fase de orden-desorden", dijo Siegrist. “El átomo de estaño estaba dando vueltas, por así decirlo. Eso fue lo que permitió que el seleniuro de estaño dispersara las ondas de energía que conducen el calor”.

Un buen material termoeléctrico necesita una conductividad eléctrica fuerte pero una conductividad térmica lo más baja posible. En el seleniuro de estaño, esto se logra mediante un desorden parcial dinámico de los átomos de estaño a temperaturas elevadas que resulta en una reducción de la conductividad térmica.

Siegrist colaboró ​​en el trabajo con investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) y la Universidad de Tennessee, Knoxville. Utilizaron un tipo de acelerador de partículas en ORNL llamado fuente de neutrones de espalación para probar el material. El acelerador dispara protones hacia un objetivo para generar ráfagas de neutrones, lo que permite a los científicos analizar la estructura cristalina de ese objetivo.

Al examinar lo que sucede a escala atómica, los investigadores pueden comprender qué impulsa ciertas propiedades que los ingenieros tal vez quieran optimizar.

"Esta es una investigación fundamental y estamos interesados ​​en el mecanismo y la influencia del material para lograr que haga lo que queremos en un dispositivo termoeléctrico", dijo Siegrist. "Todas estas ideas pueden mejorar los dispositivos de conversión de energía haciéndolos más eficientes".

Junto con investigadores del ORNL y la Universidad de Tennessee, Simon AJ Kimber de la Universidad de Borgoña-Franco Condado contribuyó a este artículo.