Mapas de área de difusividad térmica de alta resolución de BI2TE3. Ilustración de los resultados utilizando la configuración de M4PP para mapear la difusividad térmica de los granos BI2TE3 de diferentes orientaciones. (A) La difusividad térmica medida usando el M4PP en dirección X-Scan y (b) la difusividad térmica medida usando el M4PP en la dirección de y-scan. Los valores de difusividad térmica obtenidos en las dos direcciones de escaneo diferentes están codificados en el código de color a la derecha. El límite superior de la barra de color corresponde al corte a 1.8 mm2/s. (C) Imágenes EBSD de los granos, en la notación del mapa de IPF y una flecha de la guía ocular que indica la normalidad (001) de la estructura cristalina. (D) es una imagen óptica de los granos BI2TE3. Crédito: avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.ads6538
Los científicos han desarrollado un nuevo microscopio que mejora significativamente la forma en que se puede medir el flujo de calor en los materiales. Este avance podría conducir a mejores diseños para dispositivos electrónicos y sistemas de energía.
Medir cómo el calor se mueve a través de los materiales es crucial para desarrollar dispositivos electrónicos y energía eficientes. Por ejemplo, una mejor gestión del calor puede conducir a computadoras más rápidas y confiables, así como paneles solares y baterías más eficientes.
“Encontrar los materiales adecuados para la electrónica es crucial en el desarrollo de los dispositivos que necesitamos para soportar la transición verde. Por ejemplo, al convertir el calor en electricidad, o viceversa, necesitamos materiales que pierdan muy poco calor, pero al mismo tiempo son grandes conductores eléctricos”, dice Nini Pryds, profesor de DTU Energy.
“Con ese fin, queremos descubrir cómo se dispersa el calor en los materiales que usamos. Al observar esto, podemos determinar cómo el calor se mueve en diferentes direcciones dentro del material, lo cual es importante porque afecta su rendimiento”.
El truco es encontrar materiales que funcionen de manera confiable a la escala nanométrica. A esta escala, los pequeños cambios en la forma en que se realiza el calor puede ser central para el rendimiento general del material. Por ejemplo, el calor se puede transportar en diferentes direcciones dependiendo de una determinada disposición de cristales, el tamaño o forma de grano, lo que afecta la capacidad del material para transformar el calor en electricidad, sus propiedades termoeléctricas, y puede conducir a un dispositivo menos efectivo.
Hay formas de estudiar el transporte de calor, pero los métodos a menudo son lentos, requieren configuraciones complejas o arriesgan a dañar los materiales que se están estudiando. Esto ha dificultado que los investigadores obtengan datos precisos y confiables para evaluar su desempeño.
Se necesita un microscopio
En un artículo reciente publicado en Science Advances, un equipo de investigadores de DTU, Technion y la Universidad de Amberes han introducido un nuevo método de microscopía que aborda estos problemas: un microscopio de difusividad térmica. El nuevo método se basa en una plataforma de medición totalmente automatizada, el Capres micorsp. A diferencia de los métodos existentes, no requiere ninguna preparación especial de la muestra.
El nuevo microscopio puede realizar mediciones de alta resolución en una escala muy pequeña. Los científicos realizaron su prueba en dos materiales conocidos por sus excelentes propiedades de conducción de calor y electricidad: BI2TE3 (telururo de bismuto) y SB2TE3 (telururo de antimonía), que a menudo se usan en dispositivos termoeléctricos que convierten el calor en electricidad.
El microscopio midió con precisión el flujo de calor direccional en estos materiales. En otras palabras, puede detectar cómo el calor se mueve de manera diferente en varias direcciones, proporcionando ideas valiosas para diseñar dispositivos más eficientes. Los hallazgos se confirmaron comparando el nuevo método con otras técnicas establecidas, lo que demuestra que el microscopio es confiable y efectivo.
“Creo que nuestro nuevo método de microscopía es un paso adelante significativo en el campo de la ciencia de los materiales. Hemos desarrollado una forma rápida, simple y no dañosa de medir el flujo de calor que nos brinda una mejor comprensión de cómo se comportan estos materiales”, dice Pryds.
Más información: Neetu Lamba et al, Microscopio de difusividad térmica: acercarse al transporte de calor anisotrópico, avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.ads6538
Proporcionado por la Universidad Técnica de Dinamarca
Cita: el microscopio automatizado rastrea el flujo de calor direccional en materiales termoeléctricos para la energía verde (2025, 8 de mayo) Recuperado el 8 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-05-automated-microscope-tracks-termoelectric-Merials.html
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