XverseTEC

Le tecnologie per il recupero dell'energia, in grado di generare elettricità dall'energia dispersa  disponibile nell'ambiente, hanno stimolato negli ultimi anni un'abbondante ricerca in vista del  potenziale applicativo nella alimentazione di dispositivi mobili e reti di sensori wireless. In particolare, la conversione dell'energia termica in energia elettrica mediante un dispositivo a stato solido è un'idea che ha origine dalla scoperta degli effetti termoelettrici. L'effetto Seebeck, il primo ad essere scoperto, consente la generazione di un campo elettrico da un gradiente termico attraverso un apposito materiale. Il rapporto tra questi due vettori, paralleli tra loro, definisce il coefficiente di Seebeck e quantifica la intensità del fenomeno. L'efficienza totale, una frazione dell'efficienza ideale di Carnot, è decritta da una figura di merito proporzionale al prodotto tra il coefficiente di Seebeck, la resistività termica e la conducibilità elettrica.  Tale figura di merito è limitata dalla competizione tra le ultime due quantità, espressa dalla legge di Wiedemann-Franz. Un approccio per superare questo limite è la progettazione di dispositivi termoelettrici basati su una geometria “trasversale”, ottenibile grazie agli effetti termoelettrici trasversali, come l’effetto Nernst, che si verificano nei materiali dove un gradiente termico e un campo magnetico, perpendicolari tra loro, sono responsabili della formazione di un campo elettrico, a sua volta perpendicolare ai due suddetti vettori. Ciò consente all’efficienza del dispositivo di crescere con le caratteristiche estrinseche invece di essere limitata alle sole proprietà intrinseche del materiale, come invece nel caso dell’effetto Seebeck. 

Il progetto intende fornire innovazioni nella conoscenza sperimentale sulla generazione termoelettrica trasversale. Il nostro obiettivo è studiare materiali selezionati in base a due criteri: la fattibilità della realizzazione di dispositivi e la presenza di effetti termoelettrici trasversali governati dalla magnetizzazione, il che implica un focus su sistemi magnetici con magnetizzazione rimanente massimizzata. Inoltre, miriamo a studiare sistemi in cui meccanismi di generazione termoelettrica di diversa origine possano essere combinati, ottenendo un maggiore potere termoelettrico. Intendiamo conseguire questo obiettivo con la fabbricazione di strutture sia a film sottile che bulk con microstruttura ottimizzata e con indagini approfondite sulle prestazioni termoelettriche in funzione della geometria e delle caratteristiche strutturali. Ciò può favorire la progettazione pratica dei dispositivi applicativi. I risultati di questo progetto saranno di grande valore sia per la comunità scientifica in termini di risultati sperimentali per supportare una comprensione più approfondita dei fenomeni, sia per l'industria in termini di dati affidabili sulle prestazioni dei materiali per la progettazione di prototipi.

Questo progetto è finanziato dall'Unione Europea - NextGenerationEU attraverso il bando nazionale PRIN 2022