A szabadidős anyagok javítják a Ny-t; rme az áramban; t konvertál és fordítva dev; rme be
Tartalomjegyzék:
A szerves félvezetők széndús vegyületek, amelyek viszonylag olcsóak, bőségesek, könnyűek és szívósak. Ezeket azonban hagyományosan nem tekintik hőelektromos anyagjelölteknek, mert nem voltak hatékonyak a hő villamos energiává alakításának alapvető folyamatában.
A leghatékonyabb hőelektromos anyagokat viszonylag ritka szervetlen félvezetőkből állítják elő, mint például a bizmut, a tellúr és a szelén, amelyek drágák, törékenyek és gyakran mérgezőek. Ennek ellenére több mint négyszer hatékonyabban képesek a hőt villamos energiává alakítani, mint az eddig gyártott szerves félvezetők.
Ezt a nagyobb hatékonyságot tükrözi egy olyan mérőszám, amelyet a kutatók termoelektromos "érdemfiguraként" ismernek. Ez a mutató megközelítőleg 1 szobahőmérséklet közelében van a technika állása szerinti szervetlen hőelektromos anyagok esetében, de csak 0,25 a szerves félvezetők esetében.
Az U-M kutatói csaknem 70 százalékkal javították a szerves félvezetők szintjét és 0,42-es értéket értek el a PEDOT: PSS nevű vegyületben.
"Körülbelül fele olyan hatékony, mint a jelenlegi szervetlen félvezetők" - mondta Kevin Pipe projektvezető, a gépészmérnök, valamint az elektromos és informatikai tudományok docense. Pipe társszerzője a kutatásnak, amely 2013. május 5-én jelent meg a Natural Materials folyóiratban.
PEDOT: A PSS két polimer keveréke: a konjugált PEDOT polimer és a PSS polielektrolit. Eddig átlátszó elektródként használták olyan eszközökhöz, mint a szerves LED-ek és napelemek, és antisztatikus szerként olyan anyagokhoz, mint a fényképészeti filmek.
A tudósok és mérnökök egyik módja az anyag villamosenergia-vezetési képességének növelésére az, hogy szennyeződéseket adnak hozzá egy dopping néven ismert folyamat során. Amikor ezek a hozzáadott komponensek, az úgynevezett adalékanyagok, kötődnek a gazda anyaghoz, elektromos hordozót kapnak. Ezen további hordozók mindegyike növeli az anyag elektromos vezetőképességét.
PSS-sel adalékolt PEDOT esetén azonban a PSS-molekuláknak csak egy kis része kötődik a gazdaszervezet PEDOT-jához. A PSS többi molekula nem ionizált és inaktív. A kutatók azt találták, hogy ezek a felesleges PSS molekulák drámai módon gátolják az anyag elektromos vezetőképességét és hőelektromos teljesítményét.
"A probléma az, hogy az inaktív PSS molekulák tovább tolják egymástól a PEDOT molekulákat, így az elektronok nehezebben tudnak ugrani a PEDOT molekulák között" - mondta Pipe. "Míg az ionizált PSS molekulák javítják az elektromos vezetőképességet, addig a nem ionizált PSS molekulák csökkentik azt."
A termoelektromos hatékonyság javítása érdekében a kutatók átalakították az anyagot a nano tartományban. Pipe és csapata kitalálta, hogyan lehet bizonyos oldószereket felhasználni ezeknek az ionizálatlan PSS adalék molekuláknak a keverékből való eltávolítására, ami az elektromos vezetőképesség és a termoelektromos energia-konverzió hatékonyságának jelentős növekedését eredményezi.
Ez a bizonyos szerves hőelektromos anyag körülbelül 250 Fahrenheit fok hőmérsékleten hatékony.
"Végül ezzel a technológiával létrehozhatnánk egy rugalmas filmet - gondoljuk Saran Wrap-ra -, amelyet fel lehet tekerni vagy egy forró tárgy köré lehet tekerni, hogy áramot termeljen vagy hűtést biztosítson" - mondta Pipe.