14.09.2020 - Technische Universität Bergakademie Freiberg

Cuando los cristales lanzan chispas

El voltaje puede ser usado para reacciones químicas: Se ha desarrollado un nuevo modelo para las reacciones piroeléctricas

La piroelectricidad es un fenómeno de la física en el que el calor puede convertirse en electricidad a través de ciertos cristales o en un voltaje que puede utilizarse para reacciones químicas. Mientras que la primera aplicación ya se utiliza en dispositivos como los detectores de movimiento hoy en día, la segunda aplicación, aunque bien conocida, todavía no ha sido suficientemente descrita sobre una base teórica. Un equipo de físicos de la TU Bergakademie Freiberg ha encontrado ahora una forma de describir y predecir los procesos en las superficies piroeléctricas.

El Dr. Mateo de Vivanco coge un secador de pelo y dirige el aire caliente a un discreto pequeño cristal. Un momento más tarde, después de unos 5 segundos, pequeños destellos son visibles a simple vista en la superficie del cristal (ver foto). Lo que suena como magia puede describirse con el fenómeno de la piroelectricidad, que es suficientemente conocido en la física: "Los cristales de la clase de material piroeléctrico generan un voltaje eléctrico cuando cambia su temperatura", explica el asistente de investigación del Instituto de Física Experimental (IEP) de la TU Bergakademie Freiberg. La razón de este fenómeno radica en las más pequeñas partículas cargadas positiva y negativamente del cristal, que se juntan o se separan una vez que la temperatura cambia. Estos movimientos se suman a una corriente de descarga eléctrica en la superficie del cristal.

El voltaje puede ser usado para reacciones químicas

En un posible escenario de aplicación, el voltaje resultante podría utilizarse para reacciones químicas. "De particular interés es la división del agua en oxígeno e hidrógeno, que es un gas de gran demanda como portador de energía y en la industria química", dice el Dr. Mateo de Vivanco. Sin embargo, aunque esta reacción pudo demostrarse experimentalmente hace varios años, los procesos físico-químicos que se producen detrás de ella no han sido descritos suficientemente hasta ahora en las investigaciones internacionales. Aquí es donde entró el equipo de físicos y, como primer paso, estudió los modelos existentes que explican reacciones similares.

"Como químico en un grupo de investigación de física, quería calcular el rendimiento de hidrógeno de la división piroeléctrica del agua. Como esto no era posible con los modelos existentes, mi equipo y yo consideramos qué factores limitan el rendimiento piroeléctrico", explica el autor correspondiente del estudio. "En comparación con el uso directo de (piro-)electricidad, una reacción química como la producción de hidrógeno implica sobretensiones de varios tipos, que pueden impedir la división del agua", continúa el Dr. Mateo de Vivanco. Después de varios años de investigación, el equipo logró así desarrollar el modelo químico-físico que se ha presentado ahora, que puede utilizarse para explicar y predecir los procesos en las superficies piroeléctricas en medios químicamente lábiles como el agua.

El modelo permite comprender el complejo proceso

Gracias al nuevo modelo, que los investigadores presentan en el número de agosto de la revista "Physical Chemistry Chemical Physics", se abren nuevas posibilidades para comprender los complejos procesos electroquímicos en las superficies sólidas. Por primera vez, la cantidad de hidrógeno producido puede ser explicada y predicha. Si el proceso piroeléctrico se sigue desarrollando en el futuro - no sólo con la ayuda del nuevo modelo - surgirán nuevas aplicaciones potenciales para la investigación y la industria.

"Los resultados actuales del equipo representan un avance fiable hacia las discusiones actuales, en particular cuando se trata del desarrollo de tecnologías esenciales basadas en el hidrógeno", dice el Prof. Dirk C. Meyer, Director del IEP, en su calidad de portavoz científico del Centro para la Conversión Eficiente de Materiales a Alta Temperatura (ZeHS) de la TU Bergakademie Freiberg. "El estudio de los fenómenos de acoplamiento cristalino, especialmente la piroelectricidad, ha sido un punto central del trabajo en el IEP desde hace varios años", dice el Prof. Dirk Meyer.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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