Non è certo una lega commerciale, ma sembra abbia proprietà termoelettriche rivoluzionarie.
La lega nichel-oro, come hanno scoperto i ricercatori della University of Technology di Vienna, può essere utilizzata per convertire in modo efficiente il calore in energia elettrica.
Particelle cariche che migrano dal caldo al freddo
La tecnologia termoelettrica consente la conversione diretta del calore in energia elettrica e viceversa. Le sue applicazioni in ambito tecnologico sono svariate, come per esempio nella produzione di semiconduttori. Il concetto non è nuovo visto che è dalla metà del XX secolo che questa tecnologia viene usata per generare energia elettrica per le missioni spaziale, oltre che in applicazioni più comuni come i frigoriferi portatili.
L’effetto termoelettrico si basa sul movimento di particelle cariche che migrano dal lato più caldo a quello più freddo di un materiale. Ciò si traduce in una tensione elettrica (la cosiddetta tensione termoelettrica) che contrasta il movimento eccitato termicamente dei portatori di carica. Il rapporto tra la tensione termoelettrica accumulata e la differenza di temperatura definisce il coefficiente di Seebeck, dal nome del fisico tedesco Thomas Johann Seebeck, che è un parametro importante per le prestazioni termoelettriche di un materiale.
Seebeck scoprì l’effetto termoelettrico nei metalli comuni più di 200 anni fa, ma quasi tutti i metalli non sono considerati materiali termoelettrici perché hanno un coefficiente di Seebeck molto basso. Metalli come il rame, l’argento o l’oro hanno un coefficiente di Seebeck basso, nonostante la loro elevata conduttività elettrica.
Le eccezionali proprietà delle leghe nichel-oro
Da qui partono gli studi degli scienziati austriaci, alla ricerca di materiali termoelettrici con le migliori proprietà possibili. Il risultato sono leghe metalliche con elevata conduttività e un coefficiente di Seebeck eccezionalmente elevato. Miscelando nichel (circa il 10%) e oro le proprietà elettroniche dei due metalli cambiano radicalmente. A causa delle particolari proprietà elettroniche degli atomi di nichel, le cariche positive vengono disperse più fortemente delle cariche negative, determinando uno squilibrio che genera un’elevata tensione termoelettrica.
In pratica, il fattore di potenza termoelettrico nelle leghe di nichel-oro, superano di gran lunga quelli dei semiconduttori convenzionali. Ciò comporta che diventa possibile generare una quantità di energia elettrica molte volte maggiore rispetto a qualsiasi altro materiale conosciuto.
Anche se l’oro ha costi elevati e potrebbe non essere indicato per applicazioni commerciali, il lavoro degli scienziati ha una grande importanza a livello concettuale. È la dimostrazione che non solo i semiconduttori, ma anche i metalli possono presentare buone proprietà termoelettriche tanto da renderli indicati per diverse applicazioni.
L’intero studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
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