Nella recente pubblicazione ‘ Terra abbondanti, non tossico, 3D stampato Cu 2- x S con elevata cifra termoelettrica di merito ,’ Swansea University ricercatori esplorano le sfide nella fabbricazione di generatori termoelettrici. ( terre abbondanti e terre rare …..)
Dichiarando che “la tossicità, l’abbondanza della terra e la produzione” vietano l’uso esteso di questi materiali termoelettrici, gli autori hanno creato una “tecnica di stampa pseudo-3D” realizzata con inchiostri a base di Cu 2- x S per questo studio. Ricordandoci della diminuzione dei combustibili fossili e dei cambiamenti climatici ovunque, i ricercatori britannici affermano che nel Regno Unito si perdono notevoli quantità di energia a causa del calore dei rifiuti industriali. Poiché i generatori termoelettrici creano un percorso di energia sostenibile, i ricercatori hanno voluto approfondire ulteriormente la fattibilità e l’efficienza.
“I materiali più comunemente usati per i termoelettrici sono Bi 2 Te 3 e PbTe rispettivamente per applicazioni a temperatura ambiente e media temperatura. ZT ha dimostrato di essere was1 in questi materiali negli anni ’50. Sebbene questi materiali abbiano dominato la termoelettrica per qualche tempo, Te è un elemento raro con un’abbondanza della Terra simile a quella di Pt (1 μg kg −1 ) ”, spiegano i ricercatori.
“Questo, insieme alla tossicità di Te, ha impedito l’uso su vasta scala dei termoelettrici. Il selenide di stagno (SnSe) ha suscitato molto interesse nel campo della termoelettrica, poiché l’osservazione del record ZT di 2,6 ± 0,3 a 923 K. Mentre l’abbondanza terrestre di Se è cinquanta volte maggiore di quella di Te, l’abbondanza di Se è ancora inferiore di Ag (75 μg kg −1 ) che rende Se un elemento costitutivo potenzialmente costoso. Inoltre, la tossicità di Se rende l’uso di SnSe come materiale termoelettrico tutt’altro che ideale.
I ricercatori affermano che molte tecniche di fabbricazione sono state studiate sull’avvento di Cu 2 S, prestandosi a materiale termoelettrico come:
Solidificazione del fuso
Sintesi meccanochimica
Ultrasuoni e pressatura
Sintesi chimica e pressatura a caldo
Sintesi idrotermale e pressatura a caldo
Sintesi idrotermale e lega meccanica (seguita da sinterizzazione al plasma a scintilla)
Lega meccanica con drogaggio di Se (seguita da sinterizzazione con plasma a scintilla)
Queste tecniche richiedono alta pressione, temperatura e lunghi tempi di produzione, mentre la stampa 3D offre vantaggi come la temperatura e la pressione ambiente e una produzione rapida. Alla fine, però, l’obiettivo dei ricercatori in questo studio era di stampare termoelettrici con materiali standard e “abbondanti sulla Terra”. Campioni di massa sono stati stampati a 140 ° C con l’aiuto di stampi sacrificali, con rame e zolfo miscelati e macinati, creando polvere da blu scuro a grigio; tuttavia, il team di ricerca ha scoperto che la fresatura di sfere non era sufficiente da sola per creare la reazione allo stato solido richiesta. Le polveri sono state quindi trasformate in inchiostro.
Dopo la stampa, i ricercatori hanno riscaldato i campioni a 550 K in atmosfera He ad una velocità di riscaldamento di 0,5 K al minuto. Sono stati quindi lasciati in aria per due settimane, dimostrando picchi acuti. Il team di ricerca attribuisce questi picchi all’aumento della dimensione del grano. Il solfato è stato ridotto, con il solfuro che appare più dominante – e mentre questi processi non hanno creato Cu 2− x S puro , con una “breve fase di indurimento” a 550 K, i ricercatori hanno creato Cu 2− x S. significativamente conducibilità termica notato in modo simile su ogni livello di stechiometria, con Cu 2 S che mostra i valori più bassi.
“Il Cu 1.97 S stampato mostra ancora un picco ZT di 0,63 ± 0,09 a 966 K, che è uno dei numeri più alti mai registrati per un campione stampato e il più alto per un materiale stampato non tossico o abbondante sulla terra”, ha concluso il ricercatori. “Inoltre, questo è il primo esempio di materiale termoelettrico stampato alla rinfusa (come richiesto per generatori termoelettrici efficienti), che è o non tossico o abbondante sulla Terra, di cui Cu 2- x S è entrambi”.
Analisi composizionale dei campioni stampati Cu2 − xS (a) Composizione XPS dei campioni prima (colonne) e dopo l’indurimento (barre) e (b) Composizione EDX dei campioni prima (colonne) e dopo l’indurimento (barre). SEM di campioni stampati Cu2 − xS (c) Cu1.97S non polimerizzato, (d) Cu1.97S polimerizzato. 
Diffrazione ai raggi X delle polveri di Cu e S acquistate, macinato a palla 1.97Cu + 1S (polvere), inchiostro stampato usando la polvere macinata a sfera in un inchiostro a base di carbossimetilcellulosa di acqua e sodio (non polimerizzato) e il campione stampato dopo essere stato polimerizzato a 550 K in un’atmosfera di He (guarito). 
L’analisi XPS di Cu1.98S stampato, dove a, c, e e g sono stati stampati su una piastra riscaldante in aria a 413 K e b, d e f ha avuto un ulteriore passaggio di indurimento a 550 K in atmosfera He. (a) e (b) montato S 2p, (c) e (d) montato Cu 2p, (e) e (f) Cu Auger, (g) dati XPS della regione Cu 2p di un campione a temperature crescenti in a vuoto.