Material termoelèctric amb nanotubs ordenats

El primer material termoelèctric del món basat en nanotubs ordenats va ser desenvolupat per un grup de científics del Departament de Nanosistemes Funcionals i Materials d’Alta Temperatura de la Universitat Nacional de Ciència i Tecnologia “MISiS” en col·laboració amb investigadors de la Universitat Sueca de Tecnologia Luleleau i de la Universitat de Jena amb el nom de Friedrich Schiller. La informació sobre desenvolupament innovador es va presentar en forma d’article a la revista Advanced Functional Materials.

El nou material té una naturalesa polímera, per la qual cosa és flexible. A més, es va utilitzar aquí un additiu fet de nanotubs, que millora molt la seva conductivitat elèctrica. Les perspectives del material són colossals. En principi, és aplicable a la càrrega de gadgets mòbils sense necessitat d’altres fonts d’energia tradicionals. Una polsera o estoig per a un smartphone fabricat amb material nou et permetrà carregar petits dispositius portàtils literalment des de la calor del cos humà.

Els materials termoelèctrics inclouen compostos químics i aliatges metàl·lics capaços de convertir la calor en energia elèctrica davant una diferència de temperatura entre les parts d’una mostra feta d’aquest material. Si connecteu conductors a un element fabricat amb aquest material, podeu rebre energia elèctrica a través d’aquests.

Recordem que l’efecte termoelèctric, també conegut com a Efecte seebeck, va ser descobert pel físic alemany Thomas Seebeck el 1821. I durant molt de temps, només es van utilitzar aliatges com a materials termoelèctrics per als generadors termoelèctrics, donant una eficiència de només el 10%. I per tal d’aconseguir la màxima eficiència a partir d’un element d’aquest tipus, calia assegurar una diferència de temperatura de centenars de graus, que és tècnicament difícil de fer.

En els darrers anys, els científics han estat buscant activament alternatives per a aliatges termoelèctrics. Es va trobar una solució: materials polimèrics adequats. Els materials polimèrics presos com a base permeten crear mostres convertidors termoelèctricscapaç de treballar fins i tot a temperatura ambient.

A més, la majoria de polímers no són tòxics i tenen una conductivitat tèrmica baixa, cosa que minimitza la dissipació inútil de la calor que se li subministra. A diferència dels aliatges metàl·lics, els polímers tenen una excel·lent flexibilitat, cosa que significa que, en principi, es poden utilitzar per produir termogeneradors de qualsevol forma desitjada.

La primera mostra mundial de polímer modificat amb nanotubs ordenats i allargats disposats amb un polímer molt prometedor: el polietilendioxitiofen. Aquest polímer en si mateix es caracteritza per una elevada conductivitat elèctrica, a més, es pot millorar encara més la conductivitat mitjançant l’addició d’inclusions químiques a la matriu de polímer del material inicial.

La figura anterior mostra el procés de fabricació d’un material compost mitjançant una capa de polivinil butiral per transferir substrats corbats flexibles.

A continuació es mostra un compost que ha estat transferit amb èxit a tres substrats de diverses formes, incloent-hi una superfície corba i un suport flexible.

Les imatges mostrades mostren l'ús potencial del nou material com a "blocs de construcció" per a diversos propòsits, fins a utilitzar com a recobriment conformal per a productes de qualsevol forma, incloses pel·lícules flexibles i substrats flexibles.

Primer, es va cultivar una matriu de nanotubs de carboni orientada verticalment a un substrat semiconductor.Després dels nanotubs es van allargar horitzontalment. A continuació, la matriu de nanotubs es va omplir amb polímer.

Atès que quan es cultiven nanotubs, sovint s’acumulen, formant aglomeracions peculiars, per tal d’eliminar aquestes acumulacions en un moment determinat, el material va ser sotmès a posterior processament amb etilenglicol i dimetil sulfoxid. En acabar l'últim pas de processament, la potència específica del material va augmentar en més de 4 vegades, és a dir, fins a aproximadament 92 μW * mK ^ (- 2).

Un dels membres del grup científic del Departament de Nanosistemes Funcionals i Materials d’Alta Temperatura de la Universitat Nacional de Ciències i Tecnologia “MISiS”, candidat de ciències físiques i matemàtiques Habib Yusupov afirma que les característiques obtingudes permetran utilitzar nou material per crear convertidors termoelèctrics capaços de convertir la calor del cos humà (és a dir, treballar en diferències de temperatura). cossos amb temperatura ambient) en energia elèctrica. Per exemple, podeu crear una polsera a la mà o una funda per al vostre telèfon, que pot alimentar constantment el dispositiu sense necessitat de tenir una font d’energia addicional.