La ‘termopotenza’ degli ossidi
Esce oggi su Nature Communications lo studio italo-svizzero che rivela come alcuni materiali
artificiali composti da diversi ossidi possiedano un’efficienza mai osservata finora nel
convertire il calore in energia elettrica. Il lavoro, firmato da ricercatori delle Università di
Genova e Ginevra in collaborazione con gli Istituti Spin e Iom del Cnr, apre la strada
all’utilizzo su larga scala della termoelettricità
Uno studio internazionale pubblicato oggi su Nature Communications individua in alcuni
ossidi artificiali la capacità di sfruttare in maniera mai rilevata finora l’effetto termoelettrico,
cioè la proprietà che permette a un materiale di convertire il calore in energia elettrica. La
pubblicazione è frutto di una ricerca congiunta italo-svizzera che ha coinvolto le Università di
Genova e Ginevra in collaborazione con due Istituti del Cnr: l’Istituto superconduttori,
materiali innovativi e dispositivi (Spin, Genova) e l’Istituto officina dei materiali (Iom,
Cagliari).
Noto anche come ‘effetto Seebeck’, il potere termoelettrico permette di generare energia
elettrica grazie a una differenza di temperatura tra due punti di un materiale: sebbene sia una
proprietà osservabile in quasi tutti i materiali conosciuti, l’efficacia è relativamente debole e,
sinora solo il 10% dell’energia dispersa in calore può essere recuperata. Lo studio mostra che,
ingegnerizzando le proprietà dei materiali su scala nanometrica, si possono ottenere valori
record di termoelettricità a basse temperature.
Se fino ad oggi la scarsa disponibilità di materiali ad alto coefficiente di conversione
energetica ne ha limitato l’utilizzo ad alcuni specifici settori (come quello delle sonde spaziali
o alcune particolari tipologie di frigoriferi per vini), in futuro disporre di una nuova classe di
materiali altamente performanti ed economici potrebbe estenderne significativamente l’uso in
ambito industriale, migliorando la resa di dispositivi quali processori di computer e motori per
auto.
La ricerca ha rivelato, in particolare, un grande potenziale per la famiglia degli ossidi che oltre a presentare un elevato coefficiente di conversione energetica - sono in grado di
sopportare temperature molto alte e non sono tossici. “Misure a bassa temperatura
sull’interfaccia tra due ossidi isolanti ci hanno permesso di rivelare valori enormi di
termoelettricità”, spiega Jean-Marc Triscone del Dipartimento di Quantum Matter Physics
dell’Università di Ginevra.
Lo studio, coordinato da Daniele Marré (Università di Genova e Cnr-Spin) ha avuto anche
importanti ricadute per la comprensione delle proprietà fisiche di questi materiali: è stata
rivelata infatti, in maniera del tutto sorprendente, la presenza di elettroni intrappolati nel
materiale. “Questo stato elettronico è stato cercato in sistemi artificiali per lungo tempo senza
avere conferma sperimentale con altre tecniche”, aggiunge Ilaria Pallecchi (Cnr-Spin), che ha
eseguito le misure, “e la sua interpretazione è stata resa possibile anche grazie al modello
teorico sviluppato da Alessio Filippetti dell’Istituto officina dei materiali (Iom) del Cnr di
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Cagliari”.
La sfida futura sarà ottimizzare le proprietà di questi materiali in modo da realizzare strutture
artificiali dotate di elevati coefficienti termoelettrici a temperatura ambiente e oltre.
27 marzo 2015
La scheda
Chi: Cnr Spin e Cnr-Iom in collaborazione con le Università di Genova e Ginevra
Che cosa: articolo ‘Giant oscillating thermopower at oxide interfaces’ Ilaria Pallecchi,
Francesca Telesio, Danfeng Li, Alexandre Fête, Stefano Gariglio, Jean-Marc Triscone,
Alessio Filippetti, Pietro Delugas, Vincenzo Fiorentini, and Daniele Marré, Nature
Communications 27 marzo 2015 doi:10.1038/ncomms7678
Per informazioni: Daniele Marré (Università di Genova e Cnr-Spin), tel: +39 010/3536446,
cell : 347/6774526, email: [email protected]; Jean-Marc Triscone, Università di Ginevra,
tel. +41 22/3796218, email: [email protected]; Alessio Filippetti, Cnr-Iom
Cagliari, tél. +39 070/6754847, email: [email protected]
Francesca
Gorini,
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