Científicos de NUST "MISiS" junto con colegas de la Universidad Tecnológica de Lulelo (Suecia) y la Universidad de Jena que llevan el nombre de Friedrich Schiller (Alemania) desarrollaron el primer material termoeléctrico del mundo con nanotubos ordenados.
Debido a su naturaleza polimérica, es flexible, y la adición de nanotubos varias veces aumenta su conductividad eléctrica. En el futuro, dicho material puede usarse para cargar dispositivos móviles sin una fuente de energía adicional: una pulsera o estuche de este tipo permitiría cargar un reloj o teléfono directamente del calor del cuerpo humano. Se publica un artículo sobre desarrollo en la revista
Advanced Functional Materials .
Materiales termoeléctricos: compuestos químicos o aleaciones metálicas que pueden convertir el calor en electricidad debido a la diferencia de temperatura en los puntos de conexión de los conductores a la placa. Este efecto fue descubierto en 1821 por el físico alemán Thomas Seebeck. Durante mucho tiempo, se utilizaron diversas aleaciones como materiales para generadores térmicos. Sin embargo, no dan una eficiencia muy alta, alrededor del 10%. Además, para una máxima eficiencia, el calentamiento de la placa debe ser del orden de varios cientos de grados.
En los últimos años, los científicos comenzaron a buscar una alternativa a la termoeléctrica basada en aleaciones, y la encontraron en materiales poliméricos. Dichos materiales funcionan incluso a temperatura ambiente, no son tóxicos, tienen baja conductividad térmica (minimizan la disipación de calor en el exterior). Además, los polímeros, en contraste con las aleaciones metálicas, son muy flexibles: se puede dar casi cualquier forma deseada a dicho termogenerador.
Un equipo de científicos del Departamento de Nanosistemas Funcionales y Materiales de Alta Temperatura de NUST "MISiS" junto con colegas de la Universidad Tecnológica de Lulelo (Suecia) y la Universidad de Jena que lleva el nombre de Friedrich Schiller (Alemania) crearon la primera versión modificada del polímero del mundo con nanotubos alargados y ordenados. Los científicos utilizaron uno de los polímeros más prometedores: el polietilendioxitiofeno (PEDOT). Tiene una alta conductividad eléctrica, que se puede mejorar aún más por las inclusiones químicas en la matriz polimérica.
(Arriba) Ilustración esquemática de la preparación de un compuesto de TE utilizando una capa de PVB para transferir sobre sustratos curvos o flexibles. (Inferior) Compuesto basado en VA-CNTF después de transportar con éxito sobre tres sustratos diferentes, incluidas superficies altamente curvadas y soportes flexibles. Estas imágenes demuestran el potencial de los nuevos materiales como bloques de construcción para diversas aplicaciones de TE, incluido el revestimiento conformado de forma irregular, el revestimiento preciso sobre sustratos flexibles y la creación de películas flexibles.Primero, se cultivó un "bosque" de nanotubos de carbono orientado verticalmente sobre un sustrato semiconductor, luego se alargaron horizontalmente. Los nanotubos fueron "inundados" con polímero en la parte superior. Como los nanotubos a menudo forman grupos en un punto (aglomeración) durante el proceso de crecimiento, para neutralizar dichos grupos, el material se trató posteriormente con dimetilsulfóxido y etilenglicol.
Después de un ciclo de tratamiento completo, el factor de potencia del material aumentó más de 4 veces, hasta ~ 92 µW · mK-2.
Según el participante del grupo científico del lado de NUST "MISiS",
Ph.D. N., Khabib Yusupov , con tales características del material, sus productos podrán convertir incluso el calor del cuerpo humano (en contraste con la temperatura ambiente) en electricidad útil. Por ejemplo, después de haber hecho un brazalete para relojes o una caja para un teléfono móvil con dicho polímero, será posible alimentar dispositivos de forma continua, sin una fuente adicional de electricidad.