Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja

Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön rahoittamana tutkijat ovat löytäneet uusvanhan käytännöllisen lämpösähkömateriaalin.

Toisaalta sopivasti käsitellyistä hiilinanoputkista kootusta kankaasta on saatu aikaan joustava lämpösähkögeneraattori

Yksikiteisellä tinaselenidillä (SnSe) on havaittu korkeita ZT-arvoja, noin 2,2–2,6 lämpötilassa 913 K mutta käytännöllisemmät saman yhdisteen monikiteiset versiot kärsivät paljon huonommasta ZT-arvosta.

Nyt Northwestern Universityn ja muiden instituutioiden tutkijat julkaisivat havaintoja, jotka osoittavat, että monikiteistä tinaselenidiä voidaan käsitellä käytettäväksi lämpösähköisten laitteiden rakentamiseen.

Monikiteisen huono suorituskyky johtuu tinaoksidijäämistä, jotka peittävät SnSe-jauheiden pinnan, mikä lisää lämmönjohtavuutta, vähentää sähkönjohtavuutta ja heikentää siten ZT-arvoa.

Tutkijat raportoivat, että elektronien aukoilla seostetuilla SnSe-monikiteisistä näytteistä, jotka on puhdistettu huolellisesti reagensseilla ja tinaoksidit poistettu, ZT-arvo on nyt noin 3,1 lämpötilassa 783 K.

Polku erittäin korkeaan lämpösähköiseen suorituskykyyn monikiteisissä näytteissä on haitallisten lämpöä johtavien oksidien poistaminen SnSe -jyvien pinnalta. Nämä tulokset voivat avata korkean suorituskyvyn käytännöllisen lämpösähköisen aikakauden tälle korkean suorituskyvyn materiaalille.

Myös hiilinanoputkista, jotka on kohdistettu kuiduiksi ja ommeltu kankaiksi, saa aikaan lämpösähköisen generaattorin, joka voi muuttaa auringon tai muiden lähteiden lämmön sähköenergiaksi.

Rice Universityn fyysikko Junichiro Konon johti ponnisteluja Tokion Metropolitan -yliopiston tutkijoiden kanssa tehdä räätälöityjä nanoputkikuituja ja testata niiden mahdollisuuksia laajamittaisiin sovelluksiin.

Heidän pienimuotoiset kokeensa johtivat kuituvahvistettuun, joustavaan puuvillakankaaseen, joka muutti lämmöstä tarpeeksi energiaa ledille. Kehittäjien mukaan tällaisista materiaaleista voi tulla rakenneosia kuitu- ja tekstiilielektroniikalle ja energian talteenotolle.

Tähän mennessä yksikään makroskooppinen nanomateriaalikokoonpano ei ole osoittanut tarvittavaa ”jättimäistä tehokerrointa”, noin 14 milliwattia kelvin ja neliömetriä kohti, jonka Rice -tutkijat ovat mitanneet hiilinanoputkikuiduistaan.

Tämän muuntovoiman lähde liittyy nanoputkien luontaisen Fermi-energian virittämiseen. Kyseessä on ominaisuus, joka määrittää sähkökemiallisen potentiaalin. Tutkijat pystyivät hallitsemaan Fermi-energiaa seostamalla nanoputkia kemiallisesti ja siten säätämään kuitujen elektronisia ominaisuuksia.

Tutkijoiden mielessä häämöttää se, johtavatko uudet tutkimukset aurinkopaneeliin, jonka voi heittää pesukoneeseen.

Aiheesta aiemmin

Tehokkaampi lämpösähköinen materiaali

Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin

Lämpösähköä puettaville

Nanolangoilla lämpö sähköksi tehokkaammin