Materialele de agrement îmbunătățesc W; RM în energie electrică; t converti și invers versiunea dev; rme in
Cuprins:
Semiconductorii organici sunt compuși bogați în carbon, care sunt relativ ieftini, abundenți, ușori și duri. Cu toate acestea, în mod tradițional, acestea nu au fost privite ca materiale termoelectrice candidate, deoarece au fost ineficiente în efectuarea procesului esențial de conversie a căldurii în electricitate.
Cele mai eficiente materiale termoelectrice de astăzi sunt fabricate din semiconductori anorganici relativ rari precum bismut, telur și seleniu, care sunt scumpe, fragile și adesea toxice. Cu toate acestea, reușesc să transforme căldura în electricitate de peste patru ori mai eficient decât semiconductorii organici produși până acum.
Această eficiență mai mare se reflectă într-o metrică cunoscută de cercetători sub denumirea de „figura meritului” termoelectrică. Această valoare metrică este de aproximativ 1 aproape de temperatura camerei pentru materialele termoelectrice anorganice din stadiul tehnicii, dar doar 0,25 pentru semiconductorii organici.
Cercetătorii U-M au îmbunătățit stadiul tehnicii în semiconductorii organici cu aproape 70% și au obținut o valoare de 0,42 într-un compus numit PEDOT: PSS.
"Este cam la jumătate la fel de eficient ca semiconductorii anorganici actuali", a declarat liderul de proiect Kevin Pipe, profesor asociat de inginerie mecanică și științe electrice și computerizate. Pipe este co-autor al unui articol despre cercetarea care a fost publicat în Materiale naturale pe 5 mai 2013.
PEDOT: PSS este un amestec de doi polimeri: polimerul conjugat PEDOT și polielectrolitul PSS. Până acum, a fost utilizat ca electrod transparent pentru dispozitive precum LED-uri organice și celule solare și ca agent anti-static pentru materiale precum filmele fotografice.
O modalitate prin care oamenii de știință și inginerii de a crește capacitatea unui material de a conduce electricitatea este prin adăugarea de impurități într-un proces cunoscut sub numele de dopaj. Când aceste componente adăugate, numite dopanți, se leagă de materialul gazdă, acestea îi conferă un purtător electric. Fiecare dintre acești purtători suplimentari crește conductivitatea electrică a materialului.
Cu PEDOT dopat cu PSS, totuși, doar o mică parte din moleculele PSS se leagă de fapt de gazda PEDOT. Restul moleculelor PSS nu sunt ionizate și sunt inactive. Cercetătorii au descoperit că aceste molecule PSS în exces inhibă dramatic atât conductivitatea electrică, cât și performanța termoelectrică a materialului.
"Problema este că moleculele PSS inactive împing moleculele PEDOT mai departe, ceea ce face mai greu pentru electroni să sară între moleculele PEDOT", a spus Pipe. In timp ce moleculele PSS ionizate imbunatatesc conductivitatea electrica, moleculele PSS neionizate o reduc.
Pentru a îmbunătăți eficiența termoelectrică, cercetătorii au restructurat materialul din gama nano. Pipe și echipa sa au aflat cum anumiți solvenți pot fi folosiți pentru a elimina unele dintre aceste molecule dopante PSS neionizate din amestec, rezultând o creștere mare a conductivității electrice și a eficienței de conversie a energiei termoelectrice.
Acest material organic termoelectric special ar fi eficient la temperaturi de până la aproximativ 250 de grade Fahrenheit.
"În cele din urmă, cu această tehnologie, am putea crea un film flexibil - cred că Saran Wrap - care poate fi lansat sau înfășurat în jurul unui obiect fierbinte pentru a genera electricitate sau pentru a asigura răcirea", a spus Pipe.