Dal calore, elettricità

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E' la prima volta che si progetta concretamente di imbrigliare la natura ondulatoria degli elettroni sviluppando un'idea per trasformarla in energia utilizzabile

Sfruttando le leggi della meccanica quantistica, un gruppo di ricercatori dell'Università dell'Arizona è riuscito a progettare un'apparecchiatura che permette di trasformare il calore residuo direttamente in energia elettrica, senza l'intervento intermedio di elementi mobili. La ricerca, diretta da Charles Stafford e Justin Bergfield, è descritta in un articolo pubblicato dalla rivista ACS Nano (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn1 ... istoryKey=).

Il progetto per ora si basa solo su simulazioni al computer ma, spiega Stafford, "i nostri colleghi applicativi ci dicono di essere molto fiduciosi che l'apparecchio che abbiamo progettato al computer possa essere effettivamente costruito con le caratteristiche della nostra simulazione".

"Siamo i primi a imbrigliare la natura ondulatoria degli elettroni e a sviluppare un'idea per trasformarla in energia utilizzabile", ha detto Stafford.

"La termoelettricità consente di convertire in modo pulito il calore direttamente in energia elettrica con un'apparecchiatura in cui non sono presenti parti mobili", dice Justin Bergfield, primo firmatario dell'articolo. "A differenza delle attuali apparecchiature di conversione del calore, come refrigeratori o turbine a vapore, il nuovo apparecchio non sfrutta parti in movimento o sostanze chimiche che possono danneggiare lo strato di ozono, ma un nastro polimerico posto fra due superfici metalliche."

La chiave della nuova tecnologia è in una legge quantistica che riguarda la dualità onda-particella, ossia il fatto che oggetti minuscoli come gli elettroni possono comportarsi tanto come un'onda quanto come una particella.

Bergfield, Stafford e collaboratori hanno scoperto la potenzialità di conversione del calore in elettricità studiando gli eteri polifenilici, molecole che si aggregano spontaneamente in polimeri. La struttura principale di ciascuna molecola di etere polifenilico consiste di una catena di anelli di benzene, a loro volta costituiti di atomi di carbonio. La struttura ad anelli di ciascuna molecola agisce come una sorta di "cavo molecolare" attraverso cui possono fluire gli elettroni.

"Avevamo già lavorato con queste molecole, pensando di usarle come apparecchiatura termoelettrica, ma non abbiano scoperto nulla di speciale fino a che Michelle Solis, un dottorando che lavorava a un altro studio nel nostro laboratorio, ha scoperto che questi oggetti hanno una caratteristica particolare", ha detto Bergfield.

Successivamente, attraverso simulazioni al computer, Bergfield ha fatto crescere una foresta queste molecole strette a sandwich fra due elettrodi per poi esporle a una fonte di calore simulata. "All'aumentare del numero di anelli di benzene, aumenta la potenza generata", spiega Bergfield.

Il segreto della capacità delle molecole di convertire il calore in energia è nella loro struttura: ogni volta che il flusso di elettroni incontra un anello di benzene, una parte di esso ne segue un braccio e un altro l'altro braccio. Bergfield ha disegnato il circuito di anelli di benzene in modo che lungo un cammino l'elettrone sia forzato a viaggiare per un percorso più lungo dell'altro.

Ciò fa sì che le onde elettroniche siano sfasate una volta che si riuniscono all'estremità più lontana dell'anello e si annullino per interferenza quantistica. Quando viene applicata una differenza di temperatura lungo il circuito, l'interruzione del flusso di cariche elettriche porta alla costituzione di una differenza di potenziale elettrico fra i due elettrodi.

Fonte: http://lescienze.espresso.repubblica.it ... A0/1344900