Los sensores y dispositivos autoalimentados del Internet de las Cosas ya son posibles con un nuevo material

Los sensores y dispositivos autoalimentados del Internet de las Cosas ya son posibles con un nuevo material

Los investigadores del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad Tecnológica de Viena han inventado un material con propiedades termoeléctricas. Combinando finas capas de hierro, vanadio, tungsteno y aluminio y aplicándolas a un cristal de silicio, el material convierte el calor incidental en electricidad para generar suficiente energía para alimentar dispositivos. La cantidad de electricidad generada no es mucha, pero es más que suficiente para los sensores y otros pequeños dispositivos electrónicos que cada vez son más numerosos en el mundo del Internet de las cosas (IoT).

El flujo termoeléctrico hace que este material sea diferente

Tres características del material y algunas físicas básicas hacen posible su capacidad de generar energía. Las finas redes de materiales metálicos combinados, cuando se aplican al silicio, alteran la posición de los átomos dentro de la estructura general.

Cuando las celosías se colocan por primera vez, cada uno de los componentes metálicos tiene una estructura uniforme, es decir, los átomos de hierro se sitúan uno al lado del otro. Pero en combinación con el silicio, los átomos de hierro se intercalan de repente con los de vanadio, aluminio y tungsteno de forma aleatoria, creando una disposición atómica irregular que cambia sus propiedades electrónicas. Esto permite que la baja resistencia eléctrica creada por una fuente de calor externa se desplace desde una parte de la estructura cristalina a zonas de menor temperatura.

En un reciente comunicado de prensa de la Universidad, el profesor ErnstBauer, que dirige el Laboratorio de Física del Estado Sólido, afirma,"La carga eléctrica se desplaza a través del material de una manera especial, de modo que está protegida de los procesos de dispersión. Las porciones de carga que viajan a través del material se denominan fermiones de Weyl".

Si no estás familiarizado con los fermiones de Weyl como lo estaba yo, fueron descubiertos por primera vez en 2015 y son cuasipartículas sin masa que se encuentran en materiales especiales que se mueven a través de ellos. Esto crea un flujo termoeléctrico.

El efecto Seebeck produce la electricidad

Los materiales termoeléctricos tienen una capacidad única para convertir el calor en electricidad. Denominado efecto Seebeck, se produce cuando un material tiene un gradiente de temperatura entre sus dos extremos. La energía generada suele ser muy pequeña y la mayoría de las veces la pasamos por alto. Pero este nuevo material crea un efecto termoeléctrico 2,5 veces o más grande que cualquier material termoeléctrico creado hasta la fecha. Al mismo tiempo, el material transfiere el flujo termoeléctrico sin transferir el calor. Esto lo hace ideal para la electrónica que funciona sin una batería o un cable conectado.

Electricidad para el IoT

El creciente número de dispositivos electrónicos en el mundo de la IO (que se espera que sean miles de millones en una o dos décadas) significa que las necesidades de energía pueden crecer exponencialmente. El descubrimiento de la Universidad de Viena podría mitigar el aumento de la capacidad energética de forma drástica, lo que tiene implicaciones para las emisiones de gases de efecto invernadero de las centrales eléctricas que emiten combustibles fósiles y el cambio climático.

Los sensores y otros dispositivos electrónicos con un pequeño y eficiente elemento termoeléctrico acoplado podrían utilizar fuentes de calor residual para activar el efecto termoeléctrico.

La Universidad ha presentado dos patentes y está trabajando con su socio AVL Graz, el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales de Japón y la Academia China de Ciencias para comercializar el descubrimiento. En caso de que se adopte de forma generalizada, representará un avance significativo en la alimentación de dispositivos basados en Internet sin requerir el aumento colateral de la capacidad de generación de energía a medida que el mundo de las telecomunicaciones despliegue las redes 5G.

Autor: Len Rosen

Crédito de la imagen: Informes de GE

Este artículo se publicó originalmente en 21stcentech