Laboratório Nacional
de Luz Síncrotron

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Ciência

Avanço para tecnologias alimentadas pelo calor do corpo

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Novo material termoelétrico apresenta grande potencial para dispositivos vestíveis, embutidos a roupas e acessórios, e outras tecnologias flexíveis


Um dos maiores desafios para o avanço de dispositivos embutidos a roupas e acessórios que sejam capazes, por exemplo, de continuamente medir e transmitir dados de sinais vitais, é a disponibilidade de energia, sem a necessidade de grandes baterias.

A partir dos chamados materiais termoelétricos – em que uma diferença de temperatura entre dois pontos do material cria uma corrente elétrica ou vice-versa – seria possível obter a energia elétrica utilizada pelo dispositivo a partir da diferença de temperatura entre a superfície do corpo humano e o ar ambiente.

A eficiência desses materiais é caracterizada pela gradenza chamada $zT$, que é diretamente proporcional à condutividade elétrica e à temperatura absoluta do material e inversamente proporcional à sua condutividade térmica. Assim, a obtenção de novos materiais com alto $zT$ à temperatura ambiente e baixa condutividade térmica é um elemento chave para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos vestíveis baseados no efeito termoelétrico pela recuperação de calor do corpo.

A maior parte dos materiais de interesse para o aproveitamento desse efeito termoelétrico são semicondutores, como é o caso daqueles à base do elemento químico Selênio ($\rm Se$). Assim, J. A. Perez-Taborda e colaboradores [1] desenvolveram uma nova técnica para deposição de filmes finos por pulverização, chamada pulsed hybrid reactive magnetron sputtering, na qual é possível produzir filmes a base de selênio com alta cristalinidade e diferentes composições em poucos minutos.

Por meio dessa técnica, o grupo obteve [2] um novo filme fino de $\rm Ag_2 Se$ que apresentou, à temperatura ambiente, desempenho superior a materiais já utilizados em aplicações comerciais, além de ter a vantagem de ser composto por elementos químicos mais abundantes.

Comparação entre o valor de $zT$ à temperatura ambiente para o filme fino de $\rm Ag_2 Se$ obtido pelo grupo e outros resultados da literatura para materiais com diferentes proporções de prata e selênio. O alto valor de $zT$ para o filme fino se explica pela baixa condutividade térmica $\rm (0.64 \pm 0.1\, W\, m^{-1}\, K^{-1})$ proporcionada por sua nanoestrutura.

O alto valor de $zT = 1.2$ para o filme obtido se explica pela baixa condutividade térmica $\rm (0. 64 \pm 0.1\, W\, m^{-1}\, K^{-1})$ proporcionada por sua nanoestrutura. Este avanço na fabricação de filmes finos de $\rm Ag_2 Se$ com alta eficiência termoelétrica abre novas possibilidades para dispositivos vestíveis, acoplados a roupas e acessórios, e outras tecnologias flexíveis como telefones celulares e computadores portáteis.

Os pesquisadores utilizaram as instalações da linha de luz XRD2 de difração de raios X do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS) para caracterizar estruturalmente o material dos filmes finos.

Fontes:

[1] J. A. Perez-Taborla, L. Vera, O. Caballero-Calero, E. O. Lopez, J. J. Romero, D. G. Stoppa, F. Briones, M. Martin Gonzalez, Thermoelectric Films: Pulsed Hybrid Reactive Magnetron Sputtering for High zT Cu2Se Thermoelectric Films, Adv. Mater. Terchnol. 2017, 2, 1700012.

[2] J. A. Perez-Taborla, O. Caballero-Calero, L. Vera-Londono, F. Briones, M. Martin- Gonzalez, High Thermoelectric zT in n-Type Silver Selenide films at Room Temperature, Adv. Energy Mater. 2017,8, 1702024.