I materiali termoelettrici sono in grado di convertire direttamente il calore in elettricità e viceversa, sfruttando l’effetto termoelettrico. Fondamentali per la realizzazione di dispositivi come i cooler termoelettrici, questi materiali oggi vengono prodotti con tecniche ancora troppo costose e poco sostenibili, limitandone la scalabilità e l’applicazione in altri ambiti. Di recente, però, un team di ricercatori dell’Istituto di Scienza e Tecnologia dell’Austria (ISTA) ha dimostrato che l’integrazione della stampa 3D nel processo di produzione consente di ottenere materiali termoelettrici altrettanto performanti rispetto a quelli realizzati con le tecniche tradizionali, con il vantaggio di una maggiore sostenibilità e una significativa riduzione dei costi di fabbricazione.
Stampa 3D per fabbricare cooler termoelettrici efficienti
Il team guidato dalla professoressa Maria Ibáñez (a capo del laboratorio Werner Siemens in Austria) è riuscito recentemente a sviluppare dei materiali termoelettrici ad alte prestazioni grazie alle tecniche di produzione additiva, ovvero la stampa 3D. Una soluzione che, a differenza delle tecniche precedenti, “permette di produrre materiali con prestazioni notevolmente più elevate“, dicono i ricercatori.
Addirittura, i cooler termoelettrici che vengono realizzati con questi materiali “mostrano un effetto di raffreddamento netto di 50 gradi nell’aria. Ciò significa che i nostri materiali stampati in 3D si comportano in modo simile a quelli che vengono realizzati con processi di produzione più costosi“, afferma Shengduo Xu, primo autore della ricerca pubblicata su Science.
Oltre a utilizzare le tecniche di stampa 3D per la produzione di materiali termoelettrici, il team ha sviluppato degli inchiostri specifici che, una volta evaporato il solvente vettore, permettono la formazione di legami atomici forti ed efficaci tra i grani, creando una rete di materiali connessi a livello atomico. In sintesi, questo processo migliora i legami chimici interfacciali, ottimizzando il trasferimento di carica tra i grani e, di conseguenza, elevando la qualità della stampa.
Verso una produzione sostenibile di materiali termoelettrici
L’adozione di tecnologie di stampa 3D nella produzione di materiali termoelettrici rappresenta una soluzione innovativa per affrontare le sfide ambientali legate alla produzione industriale. L’approccio sostenibile proposto dai ricercatori non solo contribuisce a ridurre i costi, ma offre anche un’alternativa ecologica ai metodi di produzione tradizionali, rendendo così la produzione conseguente dei cooler termoelettrici più sostenibile ed economica.
Parliamo infatti di dispositivi che sono tuttora impiegati non solo nel campo elettronico, ma anche in quello medico. Essi possono essere infatti utilizzati per il trattamento delle ustioni e per alleviare il dolore da strappi muscolari. Grazie alla loro capacità di fornire un raffreddamento localizzato e controllato, possono contribuire a migliorare la qualità delle cure mediche.
Con l’aumento della domanda di dispositivi a basse emissioni e di soluzioni energetiche sostenibili, è probabile che la tecnologia sviluppata dall’ISTA troverà applicazione in sempre più settori. “Il nostro lavoro offre una soluzione trasformativa per la produzione di dispositivi termoelettrici e annuncia una nuova era di tecnologie termoelettriche efficienti e sostenibili“, conclude Xu.
