Material termoelectric cu nanotuburi comandate

Primul material termoelectric din lume bazat pe nanotuburi comandate a fost dezvoltat de un grup de oameni de știință de la Departamentul de nanosisteme funcționale și materiale cu temperaturi ridicate ale Universității Naționale de Știință și Tehnologie „MISiS” în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea suedeză de tehnologie Lulelo și de la Universitatea Jena numită după Friedrich Schiller. Informații despre dezvoltarea inovatoare au fost prezentate sub forma unui articol în revista Advanced Functional Materials.

Noul material are o natură polimerică, deci este flexibil. În plus, aici a fost utilizat un aditiv format din nanotuburi, care îmbunătățește foarte mult conductivitatea electrică a acestuia. Perspectivele materialului sunt colosale. În principiu, este aplicabil pentru încărcarea dispozitivelor mobile fără a fi nevoie de alte surse tradiționale de energie. O brățară sau o cutie pentru un smartphone, confecționată dintr-un material nou, vă va permite să încărcați mici dispozitive portabile literalmente de la căldura corpului uman.

Materialele termoelectrice includ compuși chimici și aliaje metalice capabile să transforme căldura în energie electrică în prezența unei diferențe de temperatură între părțile unui eșantion format dintr-un astfel de material. Dacă conectați conductorii la un element realizat din acest material, puteți primi energie electrică prin intermediul acestora.

Reamintim că efectul termoelectric, cunoscut și sub denumirea de Efect de seebeck, a fost descoperit de fizicianul german Thomas Seebeck în 1821. Și pentru o lungă perioadă de timp, numai aliajele au fost utilizate ca materiale termoelectrice pentru generatoarele termoelectrice, oferind o eficiență de numai aproximativ 10%. Și pentru a obține eficiența maximă dintr-un astfel de element, a fost necesară asigurarea unei diferențe de temperatură de sute de grade, lucru dificil din punct de vedere tehnic.

În ultimii ani, oamenii de știință au căutat în mod activ alternative la aliaje termoelectrice. S-a găsit o soluție - materiale polimerice adecvate. Materialele polimerice luate ca bază vă permit să creați probe convertoare termoelectricecapabil să funcționeze chiar și la temperatura camerei.

În plus, majoritatea polimerilor sunt non-toxici și au o conductivitate termică scăzută, ceea ce reduce la minimum disiparea inutilă a căldurii furnizate. Spre deosebire de aliajele metalice, polimerii au o flexibilitate excelentă, ceea ce înseamnă că, în principiu, pot fi realizate termogeneratoare de orice formă dorită.

Prima probă din lume de polimer modificat, cu nanotuburi ordonate și alungite, aranjate folosind un polimer foarte promițător - polietilendioxitiofen. Acest polimer în sine este caracterizat de o conductivitate electrică ridicată, în plus, conductivitatea poate fi îmbunătățită în continuare prin adăugarea de incluziuni chimice în matricea polimerică a materiei prime.

Figura de mai sus arată procesul de fabricație a unui material compozit folosind un strat de polivinil butiral pentru a transfera substraturi curbe flexibile.

Următorul arată un compozit care a fost transferat cu succes pe trei substraturi de diferite forme, inclusiv o suprafață curbă și un suport flexibil.

Imaginile prezentate arată utilizarea potențială a noului material ca „blocuri de construcție” în diverse scopuri, până la utilizarea ca acoperire conformală pentru produse de orice formă, inclusiv pelicule îndoite și substraturi flexibile.

În primul rând, o gamă de nanotuburi de carbon orientată vertical a fost cultivată pe un substrat semiconductor.După - nanotuburile au fost alungite orizontal. Apoi, gama de nanotuburi a fost umplută cu polimer.

Deoarece atunci când sunt crescute nanotuburile, acestea se acumulează adesea, formând aglomerații specifice, pentru a elimina astfel de acumulări la un moment dat, materialul a fost supus prelucrării ulterioare cu etilenglicol și dimetil sulfoxid. După finalizarea ultimei etape de procesare, puterea specifică a materialului a crescut de mai mult de 4 ori, adică la aproximativ 92 μW * mK ^ (- 2).

Unul dintre participanții la grupul științific de la Departamentul de nanosisteme funcționale și materiale cu temperaturi ridicate din NUST „MISiS”, candidat la științele fizice și matematice Habib Yusupov susține că caracteristicile obținute vor permite utilizarea de materiale noi pentru a crea convertoare termoelectrice care pot converti căldura corpului uman (adică să lucreze la diferențele de temperatură) corpuri cu temperatura camerei) în energie electrică. De exemplu, puteți crea o brățară pe mână sau un capac pentru telefonul dvs., care poate alimenta constant dispozitivul fără a fi nevoie de o sursă suplimentară de energie.