Matériau thermoélectrique à nanotubes ordonnés

Le premier matériau thermoélectrique au monde basé sur des nanotubes ordonnés a été développé par un groupe de scientifiques du Département des nanosystèmes fonctionnels et des matériaux à haute température de l'Université nationale des sciences et de la technologie "MISiS" en collaboration avec des chercheurs de l'Université suédoise de technologie de Lulelo et de l'Université de Jena du nom de Friedrich Schiller. Des informations sur le développement innovant ont été présentées sous la forme d'un article dans la revue Advanced Functional Materials.

Le nouveau matériau a une nature polymère, il est donc flexible. De plus, un additif constitué de nanotubes a été utilisé ici, ce qui améliore considérablement sa conductivité électrique. Les perspectives pour le matériel sont colossales. En principe, il est applicable pour charger des gadgets mobiles sans avoir besoin d'autres sources d'énergie traditionnelles. Un bracelet ou un étui pour smartphone en nouveau matériau vous permettra de recharger littéralement de petits appareils portables à partir de la chaleur du corps humain.

Les matériaux thermoélectriques comprennent des composés chimiques et des alliages métalliques capables de convertir la chaleur en énergie électrique en présence d'une différence de température entre les parties d'un échantillon constituées d'un tel matériau. Si vous connectez des conducteurs à un élément fait de ce matériau, vous pouvez recevoir de l'énergie électrique à travers eux.

Rappelons que l'effet thermoélectrique, également appelé Effet Seebeck, a été découvert par le physicien allemand Thomas Seebeck en 1821. Et pendant longtemps, seuls les alliages ont été utilisés comme matériaux thermoélectriques pour les générateurs thermoélectriques, donnant une efficacité d'environ 10% seulement. Et pour obtenir une efficacité maximale d'un tel élément, il était nécessaire d'assurer une différence de température de centaines de degrés, ce qui est techniquement difficile à faire.

Au cours des dernières années, les scientifiques ont activement recherché des alternatives aux alliages thermoélectriques. Une solution a été trouvée - des matériaux polymères appropriés. Les matériaux polymériques pris comme base vous permettent de créer des échantillons convertisseurs thermoélectriquescapable de fonctionner même à température ambiante.

De plus, la plupart des polymères sont non toxiques et ont une faible conductivité thermique, ce qui minimise la dissipation inutile de la chaleur qui leur est fournie. Contrairement aux alliages métalliques, les polymères ont une excellente flexibilité, ce qui signifie qu'ils peuvent, en principe, être utilisés pour produire des thermogénérateurs de toute forme souhaitée.

Le premier échantillon au monde d'un polymère modifié avec des nanotubes ordonnés et allongés disposés à l'aide d'un polymère très prometteur - le polyéthylènedioxythiophène. Ce polymère en lui-même est caractérisé par une conductivité électrique élevée, en outre, la conductivité peut être encore améliorée par l'ajout d'inclusions chimiques dans la matrice polymère du matériau de départ.

La figure ci-dessus montre le processus de fabrication d'un matériau composite utilisant une couche de polyvinyl butyral pour transférer des substrats courbes flexibles.

Ce qui suit montre un composite qui a été transféré avec succès sur trois substrats de formes diverses, y compris une surface incurvée et un support flexible.

Les images présentées montrent l'utilisation potentielle du nouveau matériau comme «blocs de construction» à diverses fins, jusqu'à l'utilisation comme revêtement conforme pour des produits de toute forme, y compris des films pliables et des substrats flexibles.

Tout d'abord, un réseau de nanotubes de carbone orienté verticalement a été cultivé sur un substrat semi-conducteur.Après - les nanotubes étaient allongés horizontalement. Ensuite, le réseau de nanotubes a été rempli de polymère.

Étant donné que lorsque les nanotubes sont cultivés, ils s'accumulent souvent, formant des agglomérations particulières, afin d'éliminer ces accumulations à un moment donné, le matériau a été soumis à un traitement ultérieur avec de l'éthylène glycol et du diméthylsulfoxyde. À la fin de la dernière étape de traitement, la puissance spécifique du matériau a augmenté de plus de 4 fois, soit environ 92 μW * mK ^ (- 2).

L'un des participants du groupe scientifique du Département des nanosystèmes fonctionnels et des matériaux à haute température de NUST «MISiS», candidat des sciences physiques et mathématiques Habib Yusupov, affirme que les caractéristiques obtenues permettront l'utilisation de nouveaux matériaux pour créer des convertisseurs thermoélectriques capables de convertir la chaleur du corps humain (c'est-à-dire des travaux sur les différences de température). corps à température ambiante) en énergie électrique. Par exemple, vous pouvez créer un bracelet sur votre main ou une couverture pour votre téléphone, qui peut constamment alimenter l'appareil sans avoir besoin d'une source d'énergie supplémentaire.