La ingeniería de defectos orientada a lograr termoeléctricos de alto rendimiento.

 

Los materiales termoeléctricos pueden convertir el calor en electricidad de forma reversible. Para su mayor rendimiento requieren poseer alta conductividad eléctrica, alto valor del coeficiente de Seebeck y una baja conductividad térmica. La optimización de estas propiedades fuertemente interrelacionadas implica ajustar la estructura electrónica, los mecanismos de conducción eléctrica y de dispersión fonónica. Entre los materiales termoeléctricos, el SnSe es uno de los más prometedores debido a su extraordinario rendimiento en forma monocristalina. 

 

Sin embargo, el alto costo y la escasa producción de monocristales, junto con sus pobres propiedades mecánicas, limitan el uso del SnSe en dispositivos termoeléctricos a gran escala. Una posible solución es obtenerlo en forma policristalina, pero su rendimiento disminuye debido a la oxidación que conduce a conductividades térmicas más altas, pérdida parcial de anisotropía que disminuye la conductividad eléctrica y un control impreciso del nivel de dopaje.

 

Un grupo de investigadores de Austria, Alemania y España, optimizaron el rendimiento termoeléctrico del SnSe policristalino producido mediante prensado en caliente de nanopartículas de SnSe procesadas en solución, cuyas superficies fueron acondicionadas. Las partículas de SnSe se recubrieron con complejos moleculares de CdSe que cristalizaron durante el proceso de sinterización, formando nanopartículas de CdSe. La presencia de nanopartículas de CdSe inhibió el crecimiento de los granos de SnSe debido al anclaje tipo Zener que genera fronteras de grano de alta densidad. Los nanocompositos SnSe-CdSe resultantes presentaron una gran cantidad de defectos a diferentes escalas de longitud que reducen significativamente la conductividad térmica. Los nanocompositos de SnSe-CdSe exhibieron respuestas termoeléctricas entre las más altas reportadas para el SnSe procesado en solución.

 

La estrategia propuesta, además de mejorar el rendimiento termoeléctrico con la inhibición del crecimiento de granos, es de gran importancia para el desarrollo de nanocompositos semiconductores.

 

Los resultados fueron publicados en la revista ACS Nano

Materiales naturales con funciones programables obtenidos a partir de cocultivos de microbios modificados

 

El reciente campo  denominado ingeniería de materiales vivos (ELM, por sus siglas del inglés engineered living material) tiene como objetivo ensamblar las propiedades de materiales vivos biológicos, compuestos por células, con otros materiales de origen natural o sintético.

 

Un equipo internacional de científicos creó un ELM a partir de un cocultivo simbiótico estable de la levadura Saccharomyces cerevisiae y la bacteria Komagataeibacter rhaeticus con el objeto de producir el biomaterial celulosa bacteriana. Este cocultivo es prometedor debido a sus altas tasas de producción de celulosa extracelular que alcanzan > 10 g por L creciendo en un medio de azúcar simple y económico. Forma una gruesa película flotante de celulosa bacteriana que consiste en una densa red de fibrillas de celulosa en forma de cintas, cada una de ~ 50 nm de ancho y de hasta 9 μm de largo, firmemente unidas por fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno.

 

La naturaleza ultrapura y la alta cristalinidad de esta celulosa bacteriana proporcionan excelentes propiedades mecánicas, con nanofibras individuales que se estima que tienen una resistencia a la tracción de al menos 2 GPa y un módulo de Young de ~ 138 GPa. La celulosa tiene una alta porosidad, alta capacidad de retención de agua y una superficie muy grande (> 1000 cm2). Es biodegradable y biocompatible y se puede producir a gran escala con equipo mínimo y es de bajo costo e impacto ambiental.

 

Los ELM que producen celulosa bacteriana han atraído interés por su aplicación en el área biomédica para la producción de apósitos quirúrgicos y para heridas, andamios para la ingeniería de tejidos (por ejemplo, como apósitos para el tratamiento de quemaduras y úlceras), así como para la producción de diafragmas acústicos para auriculares y altavoces, separadores de baterías, aditivos cosméticos, y otros.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Materials