Material termoelétrico com nanotubos encomendados

O primeiro material termoelétrico do mundo baseado em nanotubos ordenados foi desenvolvido por um grupo de cientistas do Departamento de Nanossistemas Funcionais e Materiais de Alta Temperatura da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia "MISiS" em colaboração com pesquisadores da Universidade Sueca de Tecnologia Luleleau e da Universidade Jena, em homenagem a Friedrich Schiller. Informações sobre desenvolvimento inovador foram apresentadas na forma de um artigo na revista Advanced Functional Materials.

O novo material possui natureza polimérica, sendo flexível. Além disso, um aditivo feito de nanotubos foi usado aqui, o que melhora muito sua condutividade elétrica. As perspectivas para o material são colossais. Em princípio, é aplicável ao carregamento de dispositivos móveis sem a necessidade de outras fontes de energia tradicionais. Uma pulseira ou estojo para smartphone, feita de material novo, permitirá que você carregue pequenos dispositivos portáteis literalmente a partir do calor do corpo humano.

Os materiais termoelétricos incluem compostos químicos e ligas metálicas capazes de converter calor em energia elétrica na presença de uma diferença de temperatura entre partes de uma amostra feita desse material. Se você conectar condutores a um elemento feito desse material, poderá receber energia elétrica através deles.

Lembre-se de que o efeito termoelétrico, também conhecido como Efeito Seebeck, foi descoberto pelo físico alemão Thomas Seebeck em 1821. E, por muito tempo, apenas ligas foram usadas como materiais termoelétricos para geradores termoelétricos, proporcionando uma eficiência de apenas cerca de 10%. E para obter a máxima eficiência de tal elemento, era necessário garantir uma diferença de temperatura de centenas de graus, o que é tecnicamente difícil de executar.

Nos últimos anos, os cientistas têm procurado ativamente alternativas às ligas termoelétricas. Foi encontrada uma solução - materiais poliméricos adequados. Os materiais poliméricos tomados como base permitem criar amostras conversores termoelétricoscapaz de trabalhar mesmo em temperatura ambiente.

Além disso, a maioria dos polímeros não é tóxica e possui baixa condutividade térmica, o que minimiza a dissipação inútil do calor fornecido a eles. Ao contrário das ligas metálicas, os polímeros têm excelente flexibilidade, o que significa que, em princípio, podem ser feitos termogeradores de qualquer formato desejado.

A primeira amostra do mundo de um polímero modificado com nanotubos ordenados e alongados, organizados usando um polímero muito promissor - o polietilenodioxitiofeno. Este polímero, por si só, é caracterizado por alta condutividade elétrica, além disso, a condutividade pode ser ainda mais aprimorada adicionando inclusões químicas à matriz polimérica do material de partida.

A figura acima mostra o processo de fabricação de um material compósito usando uma camada de polivinil butiral para transferir substratos curvos flexíveis.

A seguir, é mostrado um composto que foi transferido com sucesso para três substratos de várias formas, incluindo uma superfície curva e um suporte flexível.

As imagens mostradas mostram o potencial uso do novo material como "blocos de construção" para diversos fins, até o revestimento conforme para produtos de qualquer formato, incluindo filmes flexíveis e substratos flexíveis.

Primeiro, uma matriz verticalmente orientada de nanotubos de carbono foi cultivada em um substrato semicondutor.Depois - os nanotubos foram alongados horizontalmente. Em seguida, a matriz de nanotubos foi preenchida com polímero.

Como os nanotubos são cultivados, eles freqüentemente se acumulam, formando aglomerações peculiares, a fim de eliminar essas acumulações em um ponto, o material foi submetido a processamento subsequente com etileno glicol e dimetilsulfóxido. Após a conclusão da última etapa do processamento, a potência específica do material aumentou mais de 4 vezes, ou seja, para aproximadamente 92 μW * mK ^ (- 2).

Um dos participantes do grupo científico do Departamento de Nanossistemas Funcionais e Materiais de Alta Temperatura do NUST “MISiS”, candidato a ciências físicas e matemáticas Habib Yusupov afirma que as características obtidas permitirão o uso de novo material para criar conversores termoelétricos que podem converter o calor do corpo humano (ou seja, trabalhar em diferenças de temperatura corpos com temperatura ambiente) em energia elétrica. Por exemplo, você pode criar uma pulseira na mão ou uma capa para o telefone, que pode alimentar constantemente o dispositivo sem a necessidade de uma fonte de energia adicional.