Revelando InTe para aplicaciones termoeléctricas flexibles con rendimiento mejorado mediante co-dopado Bi/Se e integración de MnO₂

Convertir el calor corporal en energía utilizable

Cada día se pierde una gran cantidad de energía en forma de calor residual: desde maquinaria de fábricas y motores de vehículos hasta el propio cuerpo humano. Este estudio explora una forma nueva de recuperar una pequeña fracción de ese calor y convertirla en electricidad mediante tiras delgadas y flexibles que pueden imprimirse como tinta de periódico. Los investigadores se centran en un material poco conocido llamado telururo de indio (InTe) y muestran cómo puede diseñarse e imprimirse para alimentar futuros dispositivos vestibles y pequeños sensores inalámbricos sin necesidad de baterías.

Un nuevo material para tiras de energía flexibles

La mayoría de los materiales de alto rendimiento para convertir calor en electricidad funcionan bien solo como bloques duros y frágiles, caros de fabricar y difíciles de doblar. Eso los hace poco adecuados para ropa inteligente, parches de salud adheridos a la piel o dispositivos flexibles del Internet de las cosas. InTe es diferente: de forma natural bloquea muy bien el flujo de calor, lo cual es beneficioso para el rendimiento termoeléctrico, pero por sí solo conduce la electricidad de forma deficiente. La idea central del equipo es transformar InTe en una "tinta" imprimible y ajustar cuidadosamente su composición para depositarla sobre láminas plásticas delgadas, creando generadores termoeléctricos flexibles que se adapten cómodamente a superficies curvas.

De polvo a generador de energía impreso

Los investigadores partieron de polvos de alta pureza de indio, teluro, bismuto y selenio. Primero hicieron reaccionar estos polvos en tubos sellados a alta temperatura para formar bloques sólidos de InTe y sus variantes dopadas. Esos bloques se molieron hasta obtener partículas finas y se mezclaron con un líquido y un aglutinante polimérico para fabricar una tinta espesa. Mediante un proceso estándar de serigrafía —similar a cómo se imprimen gráficos en camisetas— hicieron pasar esta tinta a través de mallas con patrón sobre láminas plásticas transparentes. Repetir la pasada de impresión doce veces generó películas uniformes que formaron las "piernas" activas del generador termoeléctrico, conectadas después con electrodos de plata impresos. Los dispositivos resultantes eran tiras delgadas y ligeras, cada una con ocho pequeñas piernas dispuestas en serie para sumar un voltaje útil a partir de una diferencia de temperatura.

Ajustar el material desde el interior

Para extraer más energía de InTe, el equipo modificó sutilmente su receta interna mediante el "co-dopado" con bismuto (Bi) y selenio (Se). Al sustituir algunos átomos de indio por átomos más grandes de bismuto y reemplazar una pequeña fracción del teluro por selenio, alteraron la manera en que se desplazan los portadores de carga en el material. Mediciones con rayos X mostraron que este tratamiento agrandó los granos cristalinos y redujo los defectos estructurales, mientras que la microscopía electrónica reveló que las películas impresas se volvieron más densas y continuas. Las pruebas eléctricas confirmaron la mejora: la mejor composición, etiquetada In₀.₉₄Bi₀.₀₆Te₀.₉₇Se₀.₀₃, mostró tanto portadores de carga más móviles como un coeficiente de Seebeck mucho mayor (más voltaje generado por grado de diferencia térmica). Con una diferencia de 100 grados, esta película optimizada produjo alrededor de 195 milivoltios y aproximadamente 29,45 nanovatios de potencia —casi 30 veces más que el InTe sin dopar.

Mejorar el rendimiento con una unión inteligente

Incluso con el InTe mejorado, el equipo detectó otra oportunidad: añadir un segundo material para crear pequeñas uniones internas que dirijan la corriente con mayor eficiencia. Mezclaron dióxido de manganeso (MnO₂), que se comporta como un conductor de tipo n, de polaridad opuesta al InTe de tipo p. Donde estos dos materiales se encuentran, se forman uniones p–n que actúan como rampas internas para separar y dirigir los portadores de carga. Esta versión compuesta del dispositivo tenía un voltaje menor que la mejor muestra co-dopada, pero una resistencia interna mucho más baja, lo que permitió un flujo de corriente más fácil. Como resultado, el dispositivo mixto In₀.₉₄Bi₀.₀₆Te₀.₉₇Se₀.₀₃/MnO₂ entregó alrededor de 48,41 nanovatios con la misma diferencia de 100 grados —unos 1,6 veces más potencia, gracias a mejores vías de conducción a través de la película.

Listo para doblarse, flexionarse y seguir funcionando

Para aplicaciones vestibles reales, la suavidad y la durabilidad pueden ser tan importantes como el rendimiento eléctrico. Por ello, los dispositivos impresos se sometieron a flexiones repetidas para comprobar si se agrietaban o perdían funcionalidad. Al flexionarlos hasta ángulos de 120 grados y ciclarlos 500 veces, su resistencia eléctrica cambió solo alrededor de un 2 por ciento, lo que indica que las películas permanecieron bien adheridas al plástico y que su estructura interna se mantuvo intacta. Aunque los niveles de potencia absolutos siguen estando en el rango de los nanovatios y aún no son suficientes para alimentar dispositivos de alto consumo, se comparan favorablemente con otros primeros dispositivos termoeléctricos flexibles reportados en la literatura científica.

Qué implica esto para la tecnología cotidiana

En términos sencillos, este trabajo demuestra que un material relativamente poco conocido, InTe, puede convertirse en una tinta imprimible de bajo coste para tiras flexibles que capturan calor. Mediante el ajuste cuidadoso de su composición atómica con bismuto y selenio, y la adición de MnO₂ para crear uniones internas inteligentes, los investigadores mejoraron drásticamente la eficiencia con la que estas tiras convierten diferencias de temperatura en electricidad —sin sacrificar la flexibilidad. A medida que se refinen las tintas y los diseños de los dispositivos, películas termoeléctricas similares impresas podrían algún día tejerse en la ropa, envolver tuberías o adherirse a maquinaria y al cuerpo humano para aprovechar pequeñas pero continuas cantidades de energía procedente del calor desperdiciado.

Cita: Shankar, M., Prabhu, A. & Nayak, R. Unveiling InTe for flexible thermoelectric applications with enhanced performance via Bi/Se co-doping and MnO₂ integration. Sci Rep 16, 5597 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35782-1

Palabras clave: termoeléctricos flexibles, recuperación de calor residual, electrónica imprimible, energía vestible, telururo de indio