Físicos de UCLA presentan refrigeradores termoeléctricos de 100 nanómetros de espesor, una diez millonésima parte de un metro, y una nueva técnica innovadora para medir su rendimiento de enfriamiento.
“Hemos fabricado el refrigerador más pequeño del mundo”, dijo Regan, autor principal de un artículo sobre la investigación publicado recientemente en la revista ACS Nano.
Para ser claros, estos dispositivos minúsculos no son refrigeradores en el sentido cotidiano: no hay puertas ni cajones para verduras. Pero a escalas más grandes, la misma tecnología se usa para enfriar computadoras y otros dispositivos electrónicos, para regular la temperatura en redes de fibra óptica y para reducir el “ruido” de la imagen en telescopios y cámaras digitales de alta gama.
Fabricados intercalando dos semiconductores diferentes entre placas metalizadas, estos dispositivos funcionan de dos formas. Cuando se aplica calor, un lado se calienta y el otro permanece frío; esa diferencia de temperatura se puede utilizar para generar electricidad.
Pero ese proceso también se puede ejecutar a la inversa. Cuando se aplica una corriente eléctrica al dispositivo, un lado se calienta y el otro se enfría, lo que le permite servir como enfriador o refrigerador. Esta tecnología ampliada podría algún día reemplazar el sistema de compresión de vapor en su refrigerador y mantener su refresco de la vida real helada.
Para crear sus refrigeradores termoeléctricos, el equipo de Regan, que incluía a seis estudiantes universitarios de UCLA (Universidad de California en Los Ángeles), utilizó dos materiales semiconductores estándar: telururo de bismuto y telururo de antimonio-bismuto.
Pegaron cinta adhesiva regular a trozos de los materiales a granel convencionales, la despegaron y luego recolectaron escamas delgadas de un solo cystal del material que aún estaba adherido a la cinta. A partir de estas escamas, fabricaron dispositivos funcionales que tienen solo 100 nanómetros de espesor y un volumen activo total de aproximadamente 1 micrómetro cúbico, invisible a simple vista.
Si bien los dispositivos termoeléctricos se han utilizado en aplicaciones de nicho debido a ventajas como su pequeño tamaño, su falta de partes móviles y su confiabilidad, su baja eficiencia en comparación con los sistemas convencionales basados en compresión ha impedido la adopción generalizada de la tecnología. En pocas palabras, a escalas más grandes, los dispositivos termoeléctricos no generan suficiente electricidad ni permanecen lo suficientemente fríos, todavía.
Pero al centrarse en nanoestructuras, dispositivos con al menos una dimensión en el rango de 1 a 100 nanómetros, Regan y su equipo esperan descubrir nuevas formas de sintetizar materiales a granel de mejor rendimiento. Las propiedades buscadas de los materiales en los enfriadores termoeléctricos de alto rendimiento son una buena conductividad eléctrica y una conductividad térmica deficiente, pero estas propiedades casi siempre son mutuamente excluyentes. Sin embargo, se podría encontrar una combinación ganadora en estructuras casi bidimensionales como las que ha creado el equipo de Regan.
Una característica distintiva adicional del “refrigerador” a nanoescala del equipo es que puede responder casi instantáneamente.
“Su pequeño tamaño lo hace millones de veces más rápido que un refrigerador que tiene un volumen de un milímetro en cubos, y eso ya sería millones de veces más rápido que el refrigerador que tiene en su cocina”, dijo Regan en un comunicado.
Para superar el desafío medir la temperatura de sus enfriadores termoeléctricos, los investigadores depositaron nanopartículas hechas del elemento indio en cada uno y seleccionaron una partícula específica para que fuera su termómetro.
A medida que el equipo varió la cantidad de energía aplicada a los refrigeradores, los dispositivos se calentaron y enfriaron, y el indio se expandió y contrajo en consecuencia. Al medir la densidad del indio, los investigadores pudieron determinar la temperatura precisa de la nanopartícula y, por lo tanto, la temperatura más fría.
Fuente: europapress.es