Principia

Tener unos dispositivos termoeléctricos que enfríen de forma más eficiente revolucionaría el campo de la refrigeración y el consumo de energía. Además, el hecho de que tales dispositivos tengan un tamaño reducido  se prevé que favorecería la optimización de la energía.

Un equipo de investigadores de la Universidad de California (EE. UU.) ha creado refrigeradores termoeléctricos de solo cien nanómetros de grosor, que mide la temperatura usando una técnica innovadora basada en las propiedades de las nanopartículas.

Al igual que otros dispositivos termoeléctricos, estos refrigeradores están fabricados intercalando dos semiconductores distintos entre placas metalizadas. Al aplicarse calor, un lado se calienta mientras que el otro permanece frío, por lo que es la diferencia de temperatura la que provoca que se genere la electricidad. Pero el proceso inverso también genera energía. Es decir, al aplicar una corriente eléctrica al dispositivo un lado se calienta y el otro desciende de temperatura. Usando este segundo método se ha diseñado el nuevo refrigerador termoeléctrico con telururo de bismuto y telururo de antimonio-bismuto como materiales semiconductores.

El tamaño total del refrigerador es de aproximadamente un micrómetro cúbico, que es invisible al ojo humano. En comparación, las uñas crecen miles de micrómetros cúbicos por segundo, por lo que si cada una produjera el tamaño del dispositivo se obtendrían en un dedo unos cinco mil dispositivos cada segundo.

Aunque los dispositivos termoeléctricos se utilizan para enfriar computadores y regular la temperatura en redes de fibra óptica, su baja eficiencia en comparación con los sistemas convencionales, basados en compresión. ha impedido su generalización, ya que cuanto mayor es el tamaño de los dispositivos termoeléctricos, menos electricidad se genera, por lo que no se mantienen suficientemente fríos. El hecho de que el nuevo dispositivo sea una nanoestructura —que una de sus dimensiones se encuentre entre uno  y cien nanómetros—, genera buenas expectativas en la mejora del rendimiento.

El equipo de investigadores desarrolló una técnica para medir la temperatura llamada PEET, basada en el uso de microscopía electrónica de transmisión para medir los cambios en la densidad. En cada uno de los dispositivos termoeléctricos se depositaron nanopartículas de indio, cuya densidad cambia con la temperatura. Así se seleccionó la partícula que interesaba en cada caso y según su densidad se pudo conocer la temperatura precisa del refrigerador termoeléctrico.

El estudio se ha publicado en la revista ACS Nano. Los investigadores consideran que la tecnología desarrollada podría escalarse a mayores tamaños, pudiendo reemplazar en el futuro a los sistemas de compresión de vapor que hay en los refrigeradores actuales.

Referencia:

W. A. Hubbard et al. 2020. Electron-Transparent Thermoelectric Coolers Demonstrated with Nanoparticle and Condensation Thermometry. ACS Nano