Material termoeléctrico con nanotubos ordenados.

El primer material termoeléctrico del mundo basado en nanotubos ordenados fue desarrollado por un grupo de científicos del Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Alta Temperatura de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología "MISiS" en colaboración con investigadores de la Universidad Sueca de Tecnología Lulelo y la Universidad Jena que lleva el nombre de Friedrich Schiller. La información sobre el desarrollo innovador se presentó en forma de un artículo en la revista Advanced Functional Materials.

El nuevo material tiene una naturaleza polimérica, por lo que es flexible. Además, aquí se utilizó un aditivo hecho de nanotubos, lo que mejora enormemente su conductividad eléctrica. Las perspectivas para el material son colosales. En principio, es aplicable para cargar dispositivos móviles sin la necesidad de otras fuentes de energía tradicionales. Una pulsera o estuche para un teléfono inteligente, hecho de material nuevo, le permitirá cargar pequeños dispositivos portátiles literalmente del calor del cuerpo humano.

Los materiales termoeléctricos incluyen compuestos químicos y aleaciones metálicas capaces de convertir el calor en energía eléctrica en presencia de una diferencia de temperatura entre las partes de una muestra hecha de dicho material. Si conecta conductores a un elemento hecho de este material, puede recibir energía eléctrica a través de ellos.

Recordemos que el efecto termoeléctrico, también conocido como Efecto Seebeck, fue descubierto por el físico alemán Thomas Seebeck en 1821. Y durante mucho tiempo, solo se utilizaron aleaciones como materiales termoeléctricos para generadores termoeléctricos, lo que proporciona una eficiencia de solo alrededor del 10%. Y para lograr la máxima eficiencia de dicho elemento, era necesario asegurar una diferencia de temperatura de cientos de grados, lo que es técnicamente difícil de hacer.

En los últimos años, los científicos han estado buscando activamente alternativas a las aleaciones termoeléctricas. Se encontró una solución: materiales poliméricos adecuados. Los materiales poliméricos tomados como base le permiten crear muestras convertidores termoeléctricoscapaz de trabajar incluso a temperatura ambiente.

Además, la mayoría de los polímeros no son tóxicos y tienen una baja conductividad térmica, lo que minimiza la disipación inútil del calor que se les suministra. A diferencia de las aleaciones metálicas, los polímeros tienen una excelente flexibilidad, lo que significa que, en principio, pueden fabricarse termogeneradores de cualquier forma deseada.

La primera muestra del mundo de un polímero modificado con nanotubos ordenados y alargados dispuestos con un polímero muy prometedor: el polietilendioxitiofeno. Este polímero en sí mismo se caracteriza por una alta conductividad eléctrica, además, la conductividad se puede mejorar aún más mediante la adición de inclusiones químicas en la matriz polimérica del material de partida.

La figura anterior muestra el proceso de fabricación de un material compuesto utilizando una capa de butiral de polivinilo para transferir sustratos curvos flexibles.

A continuación se muestra un compuesto que se ha transferido con éxito a tres sustratos de varias formas, incluida una superficie curva y un soporte flexible.

Las imágenes que se muestran muestran el uso potencial del nuevo material como "bloques de construcción" para diversos fines, hasta el uso como recubrimiento de conformación para productos de cualquier forma, incluidas películas flexibles y sustratos flexibles.

Primero, se cultivó una matriz de nanotubos de carbono orientada verticalmente sobre un sustrato semiconductor.Después, los nanotubos se alargaron horizontalmente. Luego la matriz de nanotubos se llenó con polímero.

Dado que cuando se cultivan nanotubos, a menudo se acumulan, formando aglomeraciones peculiares, para eliminar tales acumulaciones en un punto, el material se sometió a procesamiento posterior con etilenglicol y dimetilsulfóxido. Al finalizar el último paso de procesamiento, la potencia específica del material aumentó más de 4 veces, es decir, a aproximadamente 92 μW * mK ^ (- 2).

Uno de los participantes en el grupo científico del Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Alta Temperatura de NUST "MISiS", candidato de ciencias físicas y matemáticas, Habib Yusupov afirma que las características obtenidas permitirán el uso de nuevo material para crear convertidores termoeléctricos que puedan convertir el calor del cuerpo humano (es decir, trabajar en las diferencias de temperatura). cuerpos con temperatura ambiente) en energía eléctrica. Por ejemplo, puede crear un brazalete en su mano o una cubierta para su teléfono, que puede alimentar constantemente el dispositivo sin la necesidad de una fuente de energía adicional.