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A nova técnica de impressão 3D desenvolvida na Austrália permite a produção de materiais termoelétricos sustentáveis com alto desempenho e custo reduzido, impulsionando avanços tecnológicos
O gerenciamento térmico eficiente é crucial em dispositivos eletrônicos e tem aplicações inteligentes em materiais vestíveis e tratamentos médicos, como queimaduras. O principal desafio é criar materiais termoelétricos acessíveis e eficazes.
Esses materiais, capazes de converter diferenças de temperatura em energia elétrica, prometem transformar o setor, mas altos custos e baixa eficiência barram o progresso.
Agora, uma inovação do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) pode mudar esse cenário.
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Refrigeração termoelétrica ganha nova abordagem
Os resfriadores termoelétricos, também conhecidos como resfriadores de estado sólido, promovem o resfriamento localizado ao transferir calor usando uma corrente elétrica.
Com vantagens notáveis — longa vida útil, resistência a vazamentos e flexibilidade de tamanho —, eles são ideais para aplicações eletrônicas. Ainda assim, sua fabricação tradicional, que utiliza lingotes, apresenta altos custos e desperdício de material, além de desempenho insatisfatório.
Uma equipe liderada pela Professora Maria Ibáñez, do Laboratório Termoelétrico Werner Siemens, e com o pesquisador Shengduo Xu, dinâmica um método inovador. Utilizando impressão 3D, eles fabricaram materiais termoelétricos e realizaram um refrigerador funcional.
Xu destacou: “Nossa integração inovadora da impressão 3D na fabricação de refrigeradores termoelétricos melhora significativamente a eficiência da produção e reduz custos.”
O desempenho obtido com essa abordagem supera a tentativa anterior, o que pode gerar sua adoção industrial. Ibáñez completou: “Graças ao seu desempenho comercial, nosso trabalho não só tem relevância acadêmica, mas também potencial para aplicação na indústria.”
Tecnologia supera limitações anteriores
A maioria dos materiais apresenta algum nível de efeito termoelétrico, mas insuficiente para uso prático. Os materiais eficazes geralmente são semicondutores degenerados, dopados com impurezas para melhorar sua condutividade.
Tradicionalmente, a fabricação desses dispositivos envolve técnicas caras e ineficientes, exigindo altos custos de energia e processos demorados.
O avanço do ISTA foi justamente eliminar essas etapas. Com a impressão 3D, a equipe conseguiu modelar os materiais termoelétricos exatamente no formato necessário, sem desperdício.
Como resultado, os dispositivos alcançaram um efeito de resfriamento líquido de 50 graus Celsius no ar, desempenho comparado ao de dispositivos muito mais caros. Essa abordagem oferece uma alternativa escalável e econômica, evitando os processos tradicionais intensivos em energia e demorados.
Tintas especiais garantem alto desempenho
Outro diferencial da pesquisa é a formulação de tintas especializadas. Essas tintas, ao secarem, facilitam ligações atômicas robustas entre os grãos do material. Essa rede interconectada ao nível atômico melhorou a transferência de carga entre as partículas, o que explica o alto desempenho alcançado.
Ibáñez explica: “Usamos uma técnica de impressão 3D baseada em extrusão e projetamos a formulação da tinta para garantir estabilidade estrutural e melhorar a ligação entre as partículas.”
Graças a esse processo, foi possível produzir os primeiros refrigeradores termoelétricos impressos em 3D com desempenho feito por métodos tradicionais, mas com economia significativa de material e energia.
Novas aplicações e sustentabilidade no horizonte
Os refrigeradores termoelétricos impressos em 3D não se limitam à eletrônica. Eles podem ter impacto significativo na medicina, auxiliando no tratamento de queimaduras e lesões térmicas.
Além disso, o método desenvolvido para a formulação da tinta pode ser adaptado para fabricar geradores termoelétricos de alta temperatura.
Esses geradores transformam diferenças térmicas em eletricidade e podem ser utilizados em sistemas de recuperação de energia residual, ampliando o leque de aplicações sustentáveis.
“Implementamos com sucesso uma abordagem abrangente, otimizando o desempenho termoelétrico das matérias-primas e fabricando um produto final estável e de alto desempenho”, explica Ibáñez.
Xu acrescenta: “Nosso trabalho oferece uma solução inovadora para a produção de dispositivos termoelétricos , marcando o início de uma nova era em tecnologias termoelétricas eficientes e sustentáveis“.
Com informações de Ecoinventos.
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