De acordo com pt.wedoany.com-Uma equipe de pesquisa da Universidade de Ciência de Tóquio (Science Tokyo) desenvolveu um novo cristal lamelar, TlFe_1.6Se₂, que, ao incorporar camadas atômicas finas de FeSe em um cristal bulk, alcança simultaneamente um alto fator de potência termoelétrica e uma condutividade térmica extremamente baixa, oferecendo uma nova abordagem para o design de materiais termoelétricos.

A tecnologia termoelétrica gera eletricidade a partir da diferença de temperatura entre as extremidades de um material, sendo aplicável na recuperação de calor residual de fábricas, automóveis e usinas de energia. Para alcançar alto desempenho de geração, o material precisa combinar uma conversão termoelétrica eficiente com baixa condutividade térmica para manter a diferença de temperatura, requisitos que geralmente são difíceis de conciliar. Supercondutores raramente são usados no campo termoelétrico devido ao seu baixo desempenho, mas filmes finos atômicos de seleneto de ferro (FeSe) exibem um fator de potência termoelétrica excepcionalmente alto. No entanto, esse desempenho só é alcançado em filmes ultrafinos, e a alta condutividade térmica do FeSe bulk limita sua aplicação prática.

Para superar essas limitações, a equipe liderada pelo Professor Takayoshi Katase do Laboratório de Materiais e Estruturas projetou o cristal lamelar contendo tálio (Tl), TlFe_1.6Se₂. Neste cristal, camadas atômicas finas de FeSe, juntamente com vacâncias ordenadas de ferro, são periodicamente incorporadas no cristal bulk, visando combinar o alto fator de potência termoelétrica das camadas de FeSe com a baixa condutividade térmica introduzida pelas vacâncias de ferro. O estudo foi divulgado online em 30 de abril de 2026 e publicado em 23 de junho de 2026 no Journal of Materials Chemistry A, volume 14, número 37.

A pesquisa mostra que o TlFe_1.6Se₂ apresenta duas grandes vantagens. Primeiro, o fator de potência termoelétrica gerado pelas camadas atômicas de FeSe incorporadas é muito superior ao do FeSe bulk tradicional, principalmente devido a um aumento significativo no coeficiente Seebeck, indicando que as propriedades eletrônicas do FeSe de espessura atômica podem ser integradas ao cristal bulk. Segundo, o material exibe uma condutividade térmica extremamente baixa, pois as vacâncias de ferro naturalmente presentes em suas camadas de FeSe distorcem as ligações atômicas e dispersam os fônons transportadores de calor. O Professor Katase acrescentou que a incorporação de átomos pesados de Tl e a estrutura lamelar complexa reduzem ainda mais a velocidade dos fônons e aumentam a dispersão.

A aproximadamente 180 °C, o material sofre uma transição reversível de uma fase com vacâncias de ferro ordenadas para uma fase desordenada. Essa transição intensifica a dispersão de fônons, reduzindo a condutividade térmica para cerca de 0,2 W m^-1 K^-1, comparável aos materiais termoelétricos mais avançados. Na fase com vacâncias de ferro ordenadas, o coeficiente Seebeck ultrapassa 100 μV K^-1, e o fator de potência termoelétrica é cerca de 5 vezes maior do que na fase desordenada, atribuído a mudanças na estrutura eletrônica relacionadas ao arranjo ordenado das vacâncias.

Os pesquisadores acreditam que este método, que combina o alto fator de potência termoelétrica de materiais de espessura atômica com a condutividade térmica extremamente baixa introduzida por vacâncias ordenadas de ferro, abre um novo caminho para o design de materiais termoelétricos. O Professor Katase afirmou que este conceito de design valida a eficácia de incorporar funcionalidades de materiais de baixa dimensão em cristais bulk, com potencial para superar a tradicional compensação entre propriedades de transporte elétrico e térmico. Este método também pode ser estendido a compostos de FeSe contendo potássio, rubídio ou césio, que também possuem camadas de FeSe e concentrações ajustáveis de vacâncias de ferro, tornando-se plataformas promissoras para otimizar o desempenho termoelétrico.