Материалите за отдих подобряват З; rme в електричеството; t конвертирате и обратно dev; rme in
Съдържание:
Органичните полупроводници са богати на въглерод съединения, които са относително евтини, в изобилие, леки и здрави. Традиционно обаче те не се разглеждат като кандидат-термоелектрически материали, тъй като са били неефективни при извършването на основния процес на преобразуване на топлината в електричество.
Днес най-ефективните термоелектрични материали са направени от сравнително редки неорганични полупроводници като бисмут, телур и селен, които са скъпи, чупливи и често токсични. Въпреки това те успяват да преобразуват топлината в електричество повече от четири пъти по-ефективно от органичните полупроводници, произведени досега.
Тази по-висока ефективност е отразена в метрика, известна на изследователите като термоелектрическата „фигура на заслугите“. Тази метрика е приблизително 1 близка до стайната температура за неорганични термоелектрични материали от нивото на техниката, но само 0,25 за органични полупроводници.
Изследователите от U-M подобриха състоянието на техниката в органичните полупроводници с почти 70 процента и постигнаха стойност от 0,42 в съединение, наречено PEDOT: PSS.
"Това е приблизително наполовина по-ефективно от настоящите неорганични полупроводници", каза ръководителят на проекта Кевин Пайп, доцент по машиностроене и електротехника и компютърни науки. Пайп е съавтор на статия за изследването, публикувана в Natural Materials на 5 май 2013 г.
PEDOT: PSS е смес от два полимера: конюгираният полимер PEDOT и полиелектролитът PSS. Досега той е бил използван като прозрачен електрод за устройства като органични светодиоди и слънчеви клетки и като антистатичен агент за материали като фотографски филми.
Един от начините учените и инженерите да увеличат способността на материала да провежда електричество е чрез добавяне на примеси към него в процес, известен като допинг. Когато тези добавени компоненти, наречени добавки, се свързват с гостоприемника, те му дават електрически носител. Всеки от тези допълнителни носители увеличава електрическата проводимост на материала.
С PEDOT, легиран с PSS, обаче, само малка част от PSS молекулите всъщност се свързват с PEDOT гостоприемника. Останалите PSS молекули не са йонизирани и са неактивни. Изследователите установяват, че тези излишни молекули на PSS драматично инхибират както електрическата проводимост, така и термоелектрическите характеристики на материала.
"Проблемът е, че неактивните PSS молекули изтласкват молекулите PEDOT по-далеч, което затруднява електроните да скачат между молекулите PEDOT", каза Пайп. "Докато йонизираните PSS молекули подобряват електрическата проводимост, нейонизираните PSS молекули я намаляват."
За да подобрят термоелектрическата ефективност, изследователите преструктурират материала в нано диапазона. Пайп и неговият екип разбраха как някои разтворители могат да бъдат използвани за отстраняване на някои от тези нейонизирани молекули на добавки PSS от сместа, което доведе до голямо увеличение на електрическата проводимост и ефективността на преобразуване на термоелектрическата енергия.
Този конкретен органичен термоелектричен материал би бил ефективен при температури до около 250 градуса по Фаренхайт.
„В крайна сметка с тази технология бихме могли да създадем гъвкав филм - помисли Саран Увиване - който може да бъде разточен или увит около горещ обект, за да се генерира електричество или да се осигури охлаждане“, каза Пайп.