Nuovo Metodo di Produzione per Ridurre Costi e Sprechi di Materiale
I materiali termoelettrici svolgono un ruolo essenziale nella generazione di energia e nella refrigerazione, convertendo le differenze di temperatura in elettricità o trasportando il calore in modo mirato. Tuttavia, la produzione di questi materiali è spesso onerosa e caratterizzata da una bassa efficienza. Un team di ricerca dell’Institute of Science and Technology Austria (ISTA) ha sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D che consente di realizzare materiali termoelettrici con una riduzione significativa dei costi e degli sprechi di materiale. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Science.
Un Nuovo Approccio alla Produzione di Convertitori Termoelettrici
I convertitori termoelettrici sono utilizzati nella refrigerazione elettronica poiché consentono il trasferimento di calore senza componenti in movimento. I metodi di produzione tradizionali prevedono l’impiego di blocchi massicci di materiale, lavorati attraverso processi complessi che generano elevati costi e scarti. Per superare questi limiti, il gruppo di ricerca guidato da Maria Ibáñez ha sviluppato un metodo alternativo che sfrutta la stampa 3D per ottenere direttamente la forma desiderata dei materiali termoelettrici. Shengduo Xu, ricercatore post-dottorato presso ISTA, ha evidenziato come questa innovazione migliori l’efficienza della produzione e renda i dispositivi più accessibili dal punto di vista economico.
Il Ruolo delle Tinte e della Struttura del Materiale
Un elemento chiave di questa tecnica è la formulazione delle tinte utilizzate nella stampa. Quando il solvente evapora, si formano legami atomici stabili tra le particelle del materiale, migliorando la conducibilità elettrica. Grazie a questa ottimizzazione della struttura interna, i ricercatori sono riusciti a ottenere dispositivi termoelettrici con prestazioni comparabili a quelle dei prodotti commerciali.
Applicazioni e Potenziali Sviluppi
“La nostra ricerca ha dimostrato che è possibile produrre materiali termoelettrici tramite stampa 3D con un livello di prestazioni competitivo rispetto alle tecnologie tradizionali. Questo lavoro potrebbe suscitare l’interesse dell’industria per applicazioni pratiche”, ha dichiarato la professoressa Ibáñez.
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia vanno oltre la refrigerazione elettronica. I convertitori termoelettrici stampati in 3D potrebbero essere impiegati in ambito medico per il trattamento di ustioni o contratture muscolari. Inoltre, la possibilità di recuperare calore disperso potrebbe essere sfruttata per la generazione di energia in processi industriali e nei sistemi di propulsione dei veicoli.
Prestazioni e Vantaggi della Stampa 3D
Xu ha sottolineato che il metodo sviluppato consente di ottenere dispositivi con un effetto di raffreddamento netto di 50 gradi in ambiente aperto, dimostrando che i materiali stampati in 3D possono competere con soluzioni più costose.
“Abbiamo impiegato una tecnica di stampa 3D basata sull’estrusione, ottimizzando la formulazione delle tinte per garantire l’integrità della struttura stampata e migliorare l’adesione tra le particelle. Grazie a questo approccio, siamo riusciti a realizzare i primi dispositivi termoelettrici stampati in 3D con prestazioni paragonabili ai modelli tradizionali, riducendo al contempo il consumo di materiale ed energia”, ha spiegato Ibáñez.
Verso una Produzione più Sostenibile
Il team di ricerca ritiene che questo metodo rappresenti un passo avanti nella produzione sostenibile ed economica di dispositivi termoelettrici. “Abbiamo sviluppato un processo completo, dalla selezione e ottimizzazione delle materie prime fino alla realizzazione di un prodotto stabile e performante”, ha affermato Ibáñez. Xu ha aggiunto che questo approccio potrebbe offrire nuove opportunità per la produzione di dispositivi termoelettrici più efficienti e sostenibili.
