Lämpösähköä hiilinanoputkilla

Kuvaus yhdenmukaisista metallisista hiilinanoputkista lämpösähköisessä laitteissa. Lämpötilagradientti aiheuttaa sähkövirran kulun.

Tokio Metropolitan yliopiston tutkijat ovat käyttäneet suunnattuja "metallisia" hiilinanoputkia luodakseen lämpösähköisen laitteen, jolla on suurempi antoteho kuin puhtaiden puolijohteisien hiilinanoputkien (CNT) sekaverkkojen laitteissa.

Lämpösähköiset laitteet ja rakenteet voivat muuntaa lämmön suoraan sähköksi.

Uusi laite ohittaa puolijohteiden hankalan kompromissin johtavuuden ja sähköjännitteen välillä, ylittäen huomattavasti vastaavan tason. Suuritehoiset termosähköiset laitteet voivat tasoittaa tietä hukkalämmön, kuten puettavan elektroniikan tehokkaammalle käytölle.

Lämpösähköisen laitteen lämpötilagradientista uutettuun tehoon vaikuttavat laitteen johtavuus ja Seebeck-kerroin. Se on lukuarvo, joka ilmaisee kuinka paljon sähköjännitettä syntyy tietyllä lämpötilaerolla.

Ongelmana on, että Seebeck-kertoimen ja johtavuuden välillä on kompromissi: Seebeck-kerroin putoaa, kun laite tehdään johtavammaksi. Jotta laite tuottaisi enemmän tehoa, pitäisi parantaa molempia ominaisuuksia.

Puolijohtavia materiaaleja pidetään yleensä parhaina ehdokkaina korkean suorituskyvyn termoelektrisille laitteille. Tokyo Metropolitan Universityn professori Kazuhiro Yanagin johtama ryhmä löysi kuitenkin epätodennäköisen voittajan "metallisten" hiilinanoputkien muodossa.

Toisin kuin puhtaasti puolijohtavat nanoputket, tutkijat havaitsivat, että he voisivat samanaikaisesti parantaa sekä metallisten nanoputkien johtavuutta että Seebeck-kerrointa rikkoen kompromissin näiden kahden avaintekijän välillä.

Ryhmä jatkoi osoittaen, että nämä ainutlaatuiset ominaisuudet syntyivät materiaalin yksiulotteisesta metallisesta elektronisesta rakenteesta. Lisäksi he pystyivät yhdenmukaistamaan metallisten hiilinanoputkien suunnan, saavuttaen antotehon, joka oli lähes viisinkertainen satunnaisesti suuntautuneiden puhtaiden puolijohtavien hiilinanoputkikalvojen arvoihin.

Korkean suorituskyvyn lämpösähköiset elementit voisivat mahdollistaa käyttää kehonlämpöä älypuhelimien virrankäyttöön mutta erityisesti ne olisivat omiaan puettavissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.

Aiheesta aiemmin:

Hukkalämpöä sähköksi uusin keinoin

Lämpösähköä puettaville