Materiály na voľný čas vylepšujú W; rme v elektrine; t konvertovať a naopak dev; rme in
Obsah:
Organické polovodiče sú zlúčeniny bohaté na uhlík, ktoré sú relatívne lacné, hojné, ľahké a húževnaté. Tradične sa na ne však neprihliada ako na kandidátske termoelektrické materiály, pretože boli neúčinné pri vykonávaní základného procesu premeny tepla na elektrinu.
Najefektívnejšie termoelektrické materiály súčasnosti sú vyrobené z relatívne vzácnych anorganických polovodičov, ako sú bizmut, telúr a selén, ktoré sú drahé, krehké a často toxické. Napriek tomu sa im darí premieňať teplo na elektrinu viac ako štvornásobne efektívnejšie ako doteraz vyrobené organické polovodiče.
Táto vyššia účinnosť sa odráža v metrike, ktorá je výskumníkom známa ako termoelektrická „hodnota zásluh“. Táto metrika je približne 1 blízko izbovej teploty pre anorganické termoelektrické materiály podľa doterajšieho stavu techniky, ale iba 0,25 pre organické polovodiče.
Vedci UM zlepšili stav techniky v organických polovodičoch takmer o 70 percent a v zlúčenine s názvom PEDOT: PSS dosiahli hodnotu 0,42.
„Je to zhruba o polovicu menej efektívne ako súčasné anorganické polovodiče,“ uviedol vedúci projektu Kevin Pipe, docent strojárstva a elektrotechniky a informatiky. Pipe je spoluautorkou článku o výskume, ktorý bol publikovaný v Natural Materials 5. mája 2013.
PEDOT: PSS je zmes dvoch polymérov: konjugovaného polyméru PEDOT a polyelektrolytu PSS. Doteraz sa používal ako priehľadná elektróda pre zariadenia, ako sú organické LED diódy a solárne články, a ako antistatický prostriedok pre materiály, ako sú fotografické filmy.
Jedným zo spôsobov, ako môžu vedci a inžinieri zvýšiť schopnosť materiálu viesť elektrinu, je pridanie nečistôt k nemu v procese známom ako doping. Keď sa tieto pridané komponenty, nazývané dopujúce látky, naviažu na hostiteľský materiál, dajú mu elektrický nosič. Každý z týchto ďalších nosičov zvyšuje elektrickú vodivosť materiálu.
Pri PEDOT dopovanom PSS sa však na hostiteľský PEDOT skutočne viaže iba malá časť molekúl PSS. Zvyšok molekúl PSS nie je ionizovaný a je neaktívny. Vedci zistili, že tieto prebytočné molekuly PSS dramaticky inhibujú ako elektrickú vodivosť, tak aj termoelektrický výkon materiálu.
„Problém je v tom, že neaktívne molekuly PSS tlačia molekuly PEDOT ďalej od seba, čo sťažuje elektrónom skoky medzi molekulami PEDOT,“ uviedol Pipe. „Zatiaľ čo ionizované molekuly PSS zlepšujú elektrickú vodivosť, neionizované molekuly PSS ju znižujú.“
Aby sa zlepšila termoelektrická účinnosť, vedci reštrukturalizovali materiál v nano rozsahu. Pipe a jeho tím prišli na to, ako je možné použiť určité rozpúšťadlá na odstránenie niektorých z týchto neionizovaných dopantových molekúl PSS zo zmesi, čo vedie k veľkému zvýšeniu elektrickej vodivosti a účinnosti premeny termoelektrickej energie.
Tento konkrétny organický termoelektrický materiál by bol účinný pri teplotách do asi 250 stupňov Fahrenheita.
„V konečnom dôsledku by sme pomocou tejto technológie mohli vytvoriť flexibilný film - myslím, že Saran Wrap -, ktorý je možné rozvinúť alebo zabaliť okolo horúceho predmetu, aby sa vyrobila elektrina alebo zabezpečilo chladenie,“ uviedla Pipe.