29.04.2025 by Dr. Chiara Baldini
Transformando calor residual em energia com tecnologia de nanoribras - Melhorando o desempenho da termoelétrica
Na ciência de materiais avançados, a engenharia estrutural precisa em nanoescala é muito importante para otimizar o desempenho de compostos cerâmicos em várias aplicações, incluindo eletrônica, gerenciamento térmico e, principalmente, materiais termoelétricos. Um desafio fundamental nesse campo é criar estruturas assimétricas controladas que otimizem as propriedades direcionais e a eficiência funcional.
Um estudo colaborativo recente, "Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribbons", publicado no Journal of the American Ceramic Society, representa um avanço significativo na superação desse desafio. Pesquisadores do Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry da Leibniz University Hannover (Alemanha) e do Wolfson Department of Chemical Engineering do Technion-Israel Institute of Technology (Haifa, Israel) empregaram um método de fabricação inovador chamado co-electrospinning. Essa variação avançada de eletrofiação permitiu a preparação precisa de nanofitas compostas que consistem em cobaltita de sódio (NaCo₂O₄) e cobaltita de cálcio (Ca₃Co₄O₉). A abordagem proporcionou um controle preciso sobre a microestrutura e a textura da cerâmica, criando materiais especificamente adaptados para melhorar o desempenho termoelétrico.
Caracterização avançada com NETZSCH DSC e LFA: a chave para o desempenho termoelétrico
Nosso laboratório em NETZSCH Analyzing & Testing contribuiu com uma análise térmica especializada essencial para esta pesquisa. Especificamente, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica no plano e fora do plano (λ) foi determinada com precisão com base na Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, medida com o NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash, e nos valores de capacidade térmica específica, obtidos com o NETZSCH DSC 404 F1 Pegasus® .
Essas medições contribuíram para uma avaliação abrangente do comportamento térmico do composto.
O estudo demonstrou um desempenho termoelétrico aprimorado, com um fator de potência de 9,9 μW/cm²K² e um valor ZT de 0,49 a 1073 K, superando os valores relatados anteriormente para materiais semelhantes à base de cobaltita. Esses aprimoramentos foram associados ao aumento da Condutividade elétrica (SBA)A condutividade elétrica é uma propriedade física que indica a capacidade de um material de permitir o transporte de uma carga elétrica.condutividade elétrica possibilitado pelas propriedades otimizadas do portador de carga dentro do composto nanoestruturado.
Essa pesquisa exemplifica como a colaboração eficaz entre instituições acadêmicas e laboratórios analíticos especializados pode acelerar os avanços na tecnologia de materiais cerâmicos.
Agradecimentos
Reconhecemos com gratidão as contribuições de pesquisa colaborativa do Instituto de Físico-Química e Eletroquímica da Universidade Leibniz de Hannover (Alemanha) e do Departamento de Engenharia Química Wolfson e do Programa de Energia Nancy & Stephan Grand Technion (GTEP) do Instituto de Tecnologia Technion-Israel (Haifa, Israel). Estamos orgulhosos de ter apoiado esse estudo, contribuindo com nossa experiência e instrumentação avançada no campo da análise térmica.
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