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9/17/2019 1 Comenzamos en breve, a las 1 CDT / 2 EDT El Vigésimo Octavo Webinar en Español auspiciado por ACS y SQM 1 http:// bit.ly/Energia-Termica Llevando el Calor Residual a la Vanguardia de la Energía Ponente y Moderadora Escriba y someta sus preguntas durante la presentación 2 “¿Por qué he sido “silenciado”? No se preocupe. Todo el mundo ha sido silenciado, excepto el ponente y la moderadora. Gracias, y disfruten de la presentación. ¿Tiene preguntas para el ponente?
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9/17/2019
1
Comenzamos en breve, a las 1 CDT / 2 EDT
El Vigésimo Octavo Webinar en Español auspiciado por ACS y SQM
1
http://bit.ly/Energia-Termica
Llevando el Calor Residual a la Vanguardia de la Energía
Ponente y Moderadora
Escriba y someta sus preguntas durante la presentación2
“¿Por qué he sido “silenciado”?
No se preocupe. Todo el mundo ha
sido silenciado, excepto el ponente y
la moderadora. Gracias, y disfruten de
la presentación.
¿Tiene preguntas para el ponente?
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Díganos de dónde son ustedes y cuántas personas están en su grupo!
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¿Está en un grupo hoy viendo el webinar en vivo?
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La Diversidad de la Audiencia
Hoy tenemos representantes de 23 países
9/17/2019
3
¡C&EN en Español!
5
http://bit.ly/CENespanol
C&EN pone a su disposición traducciones al español de sus artículos más populares.
Queremos hacer de la ciencia de vanguardia más
accesible a la comunidad química de habla
española, y esta es nuestra contribución. Le da a
los nacidos en España, América Latina, o los
EE.UU., pero cuyo primer idioma es el español la
oportunidad de leer este contenido en su lengua
materna. Esperamos que les guste y sea de su
utilidad.
Dr. Bibiana Campos Seijo
Editora en Jefe, C&EN
¿Has descubierto el elemento que falta ?
6
Entérate de los beneficios de ser miembro(a) de ACS !
http://bit.ly/ACSnewmember
9/17/2019
4
Beneficios de la Afiliación al ACS
7
Chemical & Engineering News (C&EN) The preeminent weekly news source
ACS Webinars Archive of Recordings® ACS Member only access to over 250 edited chemistry themed webinars. www.acswebinars.org
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http://bit.ly/ACSnewmember
8
Desde sus comienzos de la
Sociedad Química de
México, se buscaba un
emblema sencillo, no
demostrar partidarismo
alguno y significar al gremio,
debería representar un
símbolo no sólo para los
químicos, sino también para
ingenieros, farmacéuticos,
metalurgistas, en fin que
englobe e identifique por
igual a los científicos en
todas sus áreas de las
ciencia química.
www.sqm.org.mx
Sociedad Química de México
9/17/2019
5
10
http://ccom.uprrp.edu/~jortiz/ptable/periodic.html
El 2019 es el año internacional de la Tabla Periódica. 118 elementos = 118 videos. ¿Cuál será su elemento? Echen
un vistazo y ayuden a completar esta tabla periódica producida por el capítulo estudiantil de la ACS de Puerto Rico.
9/17/2019
6
11
Sugieran temas y expertos que les interesarían para
los próximos [email protected]
http://bit.ly/ACS-SQMwebinars
12E L A C S y S Q M W E B I N A R E M P E Z A R Á E N B R E V E . . .
9/17/2019
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Las imágenes de la presentación están disponibles para descargar ahora desde el panel de GoToWebinar
El Webinar de hoy esta auspiciado por la Sociedad Química de México y the American Chemical Society
http://bit.ly/Energia-Termica
Llevando el Calor Residual a la Vanguardia de la Energía
Dra. Luisa Whittaker-Brooks Profesora Asistente de Química,
Universidad de Utah
Dra. Ingrid MontesProfesora de Química Orgánica, Universidad
de Puerto Rico, Recinto de Río Piedras y la Junta de Directores, ACS
Luisa Whittaker-BrooksProfesora Asistente de Química
Universidad de Utah
Llevando el Calor Residual ala Vanguardia de la Energía
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15
Desde los materiales a los dispositivos
Bi2S3
Transistores
Solid State Commun., Accepted
TiS2
Perilenos(PDIs)
ACS Appl. Energy Mater. Accepted
SnS/SnS2
p-n heterojunctions
MRX, Accepted
Baterías
di-PDI
Termoelectricidad Espintrónica Celdas solares
JPCL, accepted
ACS Appl. Nano Materials, 2018, 1, 602-615Angew Chem. Int Ed., 2019
Perovskitas
JPCL, 2016, 7, 3284
J. Phys. Chem. C, 2015, 119, 19590
Chem. Mater., 2016, 28, 6544
J. Mater. Chem. C, 2016, 4, 668
16
Laboratorio de química de estado sólido y fabricación de dispositivos de película delgada
Polímeros
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9
¿Qué es la energía?
Capacidad que tiene la materia de producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc.
Diferentes formas de energía
Energía cinética
Energía potencial
Térmica Mecánica Eléctrica
Química Nuclear Gravitacional
17
44%Calor
(energía rechazada)
33%Energía solar convertida en electricidad
18%Fotones
no absorbidos
Los paneles solares a base de silicio son 25% eficientes
Aprovechar el 67% de la energía no convertida que proviene del sol
¿Cuánto de eficiente es el sol?
Solar 23,000 TW
2%Recombinación
18
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10
El calor como subproducto 19
¡Un año de energía térmica producida por los EE. UU. podría brindar electricidad a Panamá por 20 años!
Poniendo esto en perspectiva ... 20
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1500 calorías / día
El cuerpo humano como fuente de calor
Suficiente energía térmica para hacer funcionar un automóvil económico durante 10 minutos
Temperatura corporal= 98.6 oF
Verano = 95 oF
Invierno = 32 oF
Interior de un edificio = 68 oF
Un dispositivo termoeléctrico convierte el calor en electricidad
Gradiente detemperaturan-type
p-type
e-J T h+
21
Instrumentos de acampar
Dispositivos médicos
Dispositivoselectronicos
¿¿¿Cómo???
Conversión de calor: hacia dispositivos electrónicos autoalimentados
- Costoso- Rígido
http://lassonde.utah.edu/powerpot-turns-heat-and-water-into-electricity
22
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23
¿Qué fuente de energía tiene la mayor huella de muerte (mata a más personas por kilovatio-hora producido)?
• Gas natural
• Nuclear
• Carbón
• Viento
Fotosíntesis Paneles solares
Termoeléctrica
¿Inspiración de la naturaleza? 24
9/17/2019
13
TSzT
2
Figura de Mérito - Propiedades en Conflicto
S - Coeficiente de Seebeck3/2
*
2
22
33
8
nTm
eh
kS B
n - concentración de las cargas
m * - masa efectiva de las cargas
μ - movilidad de las cargas
σ - Conductividad electrónica
ne1
κ - Conductividad térmica
LTneTLκ
κκκ
e
le
=>
2Sz
G.J. Snyder, Small thermoelectric generators, Nature, 7 (2008) 105-114
25
Dispositivo termoeléctrico flexible y de bajo costo
- materiales orgánicos- materiales híbridos orgánicos-inorgánicos
Zebarjadi et al., Energy & Env. Sci., 5, 5147, 2012
semiconductor de tipo p (huecos)
semiconductor de tipo n (electrones)
???
- No hay materiales orgánicos eficientes de tipo n- Los semiconductores flexibles de tipo n que sean no
tóxicos y abundantes
Gradiente detemperaturan-type
p-type
e-J T h+
26
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14
Cómo mejoramos el ZT ...
le
STZT
2
Reduce la conductividad térmica por dispersión de fonones
Modificar la densidad de estados mediante la fabricación de nanoestructuras
Las nanoestructuras y aleaciones aumentan la dispersión de fonones
Phonon scattering
3D 2D 1D 0D
DOS engineering
Modificar (S2σ) mediante modificación electrónica de la estructura
27
¿Qué se necesita para fabricar un buen material termoeléctrico flexible?
¡Un material flexible que se comporte como un metal y como aislante!
Cobre (metal)
Relación de amor y odio ...
Vidrio (aislante)
28
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15
Conclusiones…
Perovskitas CH3NH3SnI3
- Síntesis
- Estabilildad
- Propiedades térmicas
Perovskitas con propiedades magnéticas
- Síntesis
- Propiedades magnéticas
- Espín Seebeck
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados: minimizando la degradación en aire y luz
Mezclas de polímeros y compuestos inorgánicoscon propiedadestermoeléctricas
Sumario 29
Sn por Pb?
CH3NH3PbI3
Coeficiente Seebeck (-6500 µVK-1)
movilidad de cargas (200 cm2V-1s-1)
concentración de cargas (1016 cm-3)
conductividad eléctrica
Poca estabilidad en el aire, la luz y el agua.
conductividad térmica (0.5 W m-1 K-1)
Stoumpos, C., Malliakas, C., Kanatzidis, M., Inorg. Chem., 2013, 52, 15, 9019-9038
¿Perovskitas híbridas orgánico-inorgánicas como materiales termoeléctricos? 30
9/17/2019
16
CH3NH3PbI3 CH3NH3SnI3
Y. He, G. Galli, Chem. Mater., 2014, 26, 18, 5394-5400
tipo n
tipo p
tipo n
tipo p
Estructura de la banda electrónica 31
10 20 30 40 500
2
4
6
Inte
nsit
y (
10
4 x
a.u
.)
2(degrees)
(100) (200)
(300)
Pristine CB wash
Pristine
CB wash
10 µm10 µm
CH3NH3SnI3 (síntesis y propiedades) 32
9/17/2019
17
CH3NH3SnI3 (síntesis y propiedades)
Estabilidad en aire (RH 40%) Estabilidad en N2
0 100 200 300 400 500 6000
50
100
150
200
CH
3N
H3S
nI 3
(1
00
) p
ea
k in
ten
sit
y
Time (minutes)
0
2
4
6
8
10
Sn
I 2 (
2 0
-1
) p
ea
k in
ten
sit
y
14.0 14.5 15.0
Inte
ns
ity
(a
.u.)
2(degrees)
CH3NH
3SnI
3 (100)
SnI2 (20-1)
0 100 200 300 400 500 6000
50
100
150
200
CH
3N
H3S
nI 3
(1
00
) p
ea
k in
ten
sit
y
Time (minutes)
0
2
4
6
8
10
Sn
I 2 (
2 0
-1
) p
ea
k in
ten
sit
y
14.0 14.5 15.0
Inte
ns
ity
(a
.u.)
2(degrees)
CH3NH
3SnI
3 (100)
SnI2 (20-1)
1.20 1.25 1.30
Em
iss
ion
in
ten
sit
y (
a.u
.)
Energy (eV)
1.5 2.0 2.5 3.0
Ab
so
rpti
on
(a
.u.)
Energy (eV)
33
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0.001
0.01
0.1
1
10
Co
nd
ucti
vit
y (
Scm
-1)
Time (min)
-600
-700
-800
-900
-1000
Se
eb
ec
k c
oe
ffic
ien
t
VK
-1)
dT = 4KIn ambient air/dark conditions
0 200 400 600 800 10000
5
10
15
20
25
30
C1
C2
C3
C4
Co
nd
ucti
vit
y (
S c
m-1
)
Time (minutes)
0
-30
-60
-90
-120
-150
Seeb
eck c
oeff
icie
nt
(V
K-1
)
CH3NH3SnI3 (síntesis y propiedades) 34
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18
CH3NH3Sn+2.90Sn4+
.1I3
200 240 280 320 360
30
35
40
45
50 Conductivity
Seebeck
Temperature (K)
Ele
ctr
ica
l c
on
du
cti
vit
y (
Sc
m-1)
150
200
250
300
350
400
Se
eb
ec
k c
oe
ffic
ien
t (
VK
-1)
CH3NH3Sn2+.9In+
.1I3
200 240 280 320 360
20
25
30
35
40
45
50
55
Conductivity
Seebeck
Temperature (K)E
lec
tric
al
co
nd
uc
tiv
ity
(S
cm
-1)
-200
-250
-300
-350
-400
Se
eb
ec
k c
oe
ffic
ien
t (
VK
-1)
tipo p tipo n
CH3NH3SnI3 (síntesis y propiedades) 35
Perovskitas CH3NH3SnI3
- Síntesis
- Estabilildad
- Propiedades térmicas
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados: minimizando la degradación en aire y luz
Sumario 36
9/17/2019
19
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados:minimizando la degradacion en aire y luz
AMPA, AEPA, APPA, ABPA
Amino-n-phosphonic acid
(n = methyl, ethyl, propyl, butyl)
( )nBDBA
3APBA
37
EXP DFT
free linker (cm-1)
EXP DFT
H-bonded linker (cm-1)
Symmetric out-of-plane
B-O-H stretch513 511 710 752
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados:minimizando la degradacion en aire y luz
38
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20
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados:minimizando la degradacion en aire y luz
39
Sn con agentes reticulantes
14.0 14.5 15.0
Inte
ns
ity
(a
.u.)
2(degrees)
CH3NH
3SnI
3 (100)
3APBA
0 100 200 300 400 500 6000
50
100
150
200
CH
3N
H3S
nI 3
(100)
peak in
ten
sit
y
Time (minutes)
0
50
100
150
200
Sn
I 2 (
2 0
-1)
peak in
ten
sit
y
0 200 400 600 800 10000
5
10
15
20
25
30
35
40
Time (minutes)
Ele
ctr
ica
l c
on
du
cti
vit
y (
Scm
-1)
0
-20
-40
-60
-80
-100
-120
-140
-160
Se
eb
ec
k c
oe
ffic
ien
t (
VK
-1)
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados:minimizando la degradacion en aire y luz
40
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21
41
¿Qué país genera la menor cantidad de gases de invernadero (CO2, CO, etc.)?
• China
• Islandia
• EE.UU.
• Panamá
• Brasil
Perovskitas CH3NH3SnI3
- Síntesis
- Estabilildad
- Propiedades térmicas
Perovskitas con propiedades magnéticas
- Síntesis
- Propiedades magnéticas
- Espín Seebeck
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados: minimizando la degradación en aire y luz
Sumario 42
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22
Perovskitas con propiedades magnéticas (síntesis y propiedades)
(PEA)2MnCl4 (PEA)2Mn0.95Cu0.05Cl4 (PEA)2Mn0.75Cu0.25Cl4 (PEA)2Mn0.50Cu0.50Cl4
≈2.54 cm
43
ES
V
Portador de cargasemiconductor
H
Material
magnético
Metal
no magnético
V
∇T ∇T
EISHE
Js
M
Efecto Seebeck convencional Efecto Espín Seebeck
Perovskitas con propiedades magnéticas (síntesis y propiedades) 44
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23
V
∇T
Js
M
EISHE
Js
SSE transversal
(PEA)2MnCl4
sustrato
Pt Pt
VEISHE
∇T
Js M
SSE longitudinal
sustrato
Pt
(PEA)2MnCl4
Perovskitas con propiedades magnéticas (síntesis y propiedades) 45
Perovskitas CH3NH3SnI3
- Síntesis
- Estabilildad
- Propiedades térmicas
Perovskitas con propiedades magnéticas
- Síntesis
- Propiedades magnéticas
- Espín Seebeck
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados: minimizando la degradación en aire y luz
Mezclas de polímeros y compuestos inorgánicoscon propiedadestermoeléctricas
Sumario 46
9/17/2019
24
Transformar dos materiales diferentes
En uno solo…
Compuesto termoeléctricode polímero-inorgánico
Nanocablesinorgánicos
Polímero(PEDOT)
47Juntar dos materiales diferentes para sacar el mejor atributo de ambos mundos
CP VVPP
PEDOT:Cl
PEDOT:Tos
Difracción de rayos X (GIXD): Propiedades morfológicas
qxy qxy
qxy qxy
qz
qz
48
9/17/2019
25
Espectroscopía EPR
• Pérdida de señal de polaron con conductividad aumentada
• Cambio de polaron a bipolaron –aumenta el Seebeck
• Modificacion de la densidad de estados: disminuye el Seebeck
Cambio de Polaron a Bipolaron
Formacion de Bipolarones
Transporte de banda
49
50
Los carros eléctricos representan solo el 1% de la flota global actual, pero ¿qué porcentaje serán para 2040?
• Un décimo
• Un tercer
• La mitad
• Tres quartos
• Casi todo
9/17/2019
26
Dispositivos termoeléctricos ... 51
52
9/17/2019
27
Conclusiones…
Perovskitas CH3NH3SnI3
- Síntesis
- Estabilildad
- Propiedades térmicas
Perovskitas con propiedades magnéticas
- Síntesis
- Propiedades magnéticas
- Espín Seebeck
Cristales CH3NH3Pb(Sn)I3 reticulados: minimizando la degradación en aire y luz
Mezclas de polímeros y compuestos inorgánicoscon propiedadestermoeléctricas
Sumario 53
Eric Amerling, GSMaterials Chemistry
Wendy NimensPhysical Chemistry
Jonathan Ogle, GSPhysical Chemistry
Casey HawkinsMaterials Chemistry
Ajara Rahman, PhDMaterials Chemistry
Rory WeeksUndergraduate
Wade Horbinski, GSMaterials Chemistry
Laura Flannery, GSMaterials Chemistry
Danny Powell, GSMaterials Chemistry
Aaron DeGrauwUndergraduate
Dr. Sangita BaniyaPhysics
Eric Campbell, GSMaterials Chemistry Kameron Hansen
Physical Chemistry
Heilly GalvezUndergraduate
Dillon FehlauUndergraduate
Saxton CruzUndergraduate
Julia CaseUndergraduate
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28
Colección de micrografías electrónicas de barrido de trisulfuro de tantalio (TaS3) preparadas por el
transporte de vapor de azufre sobre sustratos de tántalo.
Gra
cias!
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El Webinar de hoy esta auspiciado por la Sociedad Química de México y the American Chemical Society
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Dra. Luisa Whittaker-Brooks Profesora Asistente de Química,
Universidad de Utah
Dra. Ingrid MontesProfesora de Química Orgánica, Universidad
de Puerto Rico, Recinto de Río Piedras y la Junta de Directores, ACS
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Conclusiones
El estudio de las interfaces es fundamental para lograr dispositivos eficientes
El espín Seebeck en perovskitas puede ser otra aplicación que actualmente está poco explorada y ha mostrado un gran potencial
La combinación de materiales extremedamente diferentes puede crear efficientes dispositivos termoeléctricos
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La Diversidad de la Audiencia
Hoy tenemos representantes de 23 países
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¡C&EN en Español!
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española, y esta es nuestra contribución. Le da a
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EE.UU., pero cuyo primer idioma es el español la
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materna. Esperamos que les guste y sea de su
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Desde sus comienzos de la
Sociedad Química de
México, se buscaba un
emblema sencillo, no
demostrar partidarismo
alguno y significar al gremio,
debería representar un
símbolo no sólo para los
químicos, sino también para
ingenieros, farmacéuticos,
metalurgistas, en fin que
englobe e identifique por
igual a los científicos en
todas sus áreas de las
ciencia química.
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Sugieran temas y expertos que les interesarían para
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