15 ژوئیه 2021 میری کیم، دانشگاه لیورپول، نمودار ترکیب شیمیایی Bi4O4SeCl2
بخش اعجاب انگیزی از انرژی جهان به عنوان گرمای تلف شده از بین میرود. اکثر خودروهای گازسوز کمتر از 30 درصد از انرژی سوخت را برای حرکت در جاده‌ها مصرف می‌کنند. میزان بسیار بالایی از انرژی در اثر تولید گرما از بین میرود، که بیشتر به دلیل ناکارآمدی نحوه کارکردن موتور است. حدود یک سوم انرژی مصرفی در فرآیندهای صنعتی که در پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های فولاد و دیگر سایت‌ها اتفاق می‌افتد نیز به عنوان گرمای از دست رفته می‌باشد.
یکی از راه‌های بازیابی این تلفات، تبدیل گرمای اضافی به برق است. محققانی از انگلستان و فرانسه مواد جدیدی را طراحی کرده و ایجاد کرده‌اند که می‌تواند به چنین فناوری‌های تبدیل انرژیی کمک کنند. این ماده دو ترکیب متفاوت از اتم‌ها را ترکیب می‌کند که هریک حرارت را در حین حرکت در ساختار جامد کند می‌کند که یک ابر شبکه‌ای به اصطلاح فله‌ای با هدایت حرارتی بسیار پایین تولید کرد. این مطالعه در مجله Science منتشر شد.
مت روسينسكي، شيميدان دانشگاه ليورپول، مي‌گويد: «هدايت حرارتي نشان مي‌دهد كه گرما چگونه مي‌تواند به راحتي در يك ماده حركت كند. موادی که رسانایی حرارتی پایینی دارند برای برداشت گرمای زائد و تبدیل آن به الکتریسیته ضروری است.»
به عنوان مثال، حرارت با سرامیک‌هایی که رسانایی حرارتی پایینی دارند، کندتر حرکت می‌کند تا فلزات با رسانایی حرارتی بالا مانند آلومینیوم. فن آوری‌هایی که از اثر ترموالکتریک – یا تبدیل مستقیم اختلاف دما به ولتاژ الکتریکی – برای بازیابی گرمای اضافی استفاده می‌کنند، به موادی با رسانایی گرمایی بسیار کم نیاز دارند، زیرا هرچه اختلاف دما بیشتر حفظ شود، انرژی بیشتری از فرایند استخراج می شود.
روسینسکی و همکارانش با درک مکانیسم‌های مسئول کاهش انتقال حرارت در هر یک از اجزای فوق شبکه – یعنی ترکیبات شیمیایی BiOCl و Bi2O2Se شروع کردند. ترکیب آن‌ها در یک ماده واحد نیاز به انتخاب دقیق نحوه تعامل لایه‌ها با یکدیگر برای ایجاد بلوری دارد که حرارت را بیشتر کند، می‌کند.
هنگامی که این امر با موفقیت سنتز شد، ماده نهایی، که شیمیدانان آن را با نام Bi4O4SeCl2 می‌شناسند، رسانایی حرارتی کمتری نسبت به سایر مواد در نوع خود داشت. طراحی بصری فوق شبکه بصورت فله منجر به عملکردی فراتر از اجزای جداگانه آن شد.
کار بیشتری برای تغییر خواص الکترونیکی آن برای ایجاد یک ماده ترموالکتریک برای فناوری‌های تبدیل انرژی لازم است، اما استراتژی ترکیب ترتیبات اتمی می‌تواند برای بهبود سایر خواص فیزیکی، مانند ابررسانایی برای انتقال بهتر برق یا مغناطیس برای ذخیره اطلاعات با حداقل انرژی، گسترش یابد.
جاناتان آلاریا، فیزیکدان دانشگاه لیورپول، می‌گوید: «هنگامی که مواد را بهینه کردیم، کاربردهای صنعتی بالقوه‌ای در بخش‌های مختلف وجود دارد. این به این دلیل است که موادی با چنین هدایت حرارتی پایینی برای توسعه فناوری‌های جدید مرتبط با انرژی که می‌توانند گرمای اضافی را به قدرت تبدیل کنند، بسیار مهم هستند.»
