Trong các nhà máy, một lượng khổng lồ năng lượng bị thất thoát dưới dạng nhiệt. Không chỉ vậy, các thiết bị điện tử cũng tiêu tốn thêm năng lượng để làm mát, từ quạt trong laptop cho đến hệ thống làm lạnh phức tạp trong các trung tâm dữ liệu. Vật liệu nhiệt điện – có khả năng tạo ra điện từ nhiệt và ngược lại – được kỳ vọng sẽ giúp tận dụng nguồn nhiệt thải này, đồng thời tối ưu việc làm mát. Tuy nhiên, việc chế tạo vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao vẫn là thách thức lớn.

Các nhà khoa học tại Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia Nhật Bản (NIMS) đã phát triển thành công một loại màng mỏng nhiệt điện P-type. Trước đây, chỉ có màng mỏng N-type đạt hiệu suất cao, khiến việc ghép cặp hai loại vật liệu để chế tạo thiết bị nhiệt điện gặp khó khăn. Theo công bố trên tạp chí Science and Technology of Advanced Materials, loại màng mỏng mới này có khả năng chuyển đổi nhiệt thành điện năng hiệu quả gấp 4 lần so với các vật liệu P-type hiện có.

Màng mỏng được chế tạo từ hợp kim Heusler – vốn là vật liệu an toàn, chi phí thấp. Điều này không chỉ mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế mà còn tạo cơ hội cho giới nghiên cứu khám phá sâu hơn cơ chế hoạt động của vật liệu nhiệt điện.

Các trung tâm dữ liệu vốn tạo ra lượng nhiệt khổng lồ và tiêu tốn nhiều năng lượng để làm mát. Việc ứng dụng màng mỏng P-type hiệu suất cao có thể giúp giảm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả năng lượng.

Theo tác giả chính Naohito Tsujii, hiệu suất vượt trội của vật liệu nhiều khả năng liên quan đến cấu trúc vi mô đặc biệt của màng mỏng. Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phân tích cấu trúc tinh thể và đo đạc các đặc tính nhiệt điện dưới nhiều điều kiện khác nhau để làm rõ cơ chế này.

Hiện tại, quá trình chế tạo bị giới hạn ở nhiệt độ tối đa 600°C do hạn chế thiết bị. Tsujii cho biết nếu có thể nâng nhiệt độ lắng đọng màng mỏng cao hơn, hiệu suất có thể còn đạt mức “gây bất ngờ hơn nữa”.

Đây là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật liệu nhiệt điện, hứa hẹn mang lại giải pháp tiết kiệm năng lượng cho cả ngành công nghiệp lẫn các hệ thống điện tử tiêu dùng.