Des scientifiques de NUST «MISiS» ainsi que des collègues de l'Université technologique de Lulelo (Suède) et de l'Université d'Iéna, du nom de Friedrich Schiller (Allemagne), ont développé le premier matériau thermoélectrique au monde avec des nanotubes ordonnés.
En raison de sa nature polymère, il est flexible et l'ajout de nanotubes augmente plusieurs fois sa conductivité électrique. À l'avenir, un tel matériau peut être utilisé pour charger des appareils mobiles sans source d'alimentation supplémentaire: un tel bracelet ou boîtier permettrait de charger une montre ou un téléphone directement à partir de la chaleur du corps humain. Un article sur le développement est publié dans la revue
Advanced Functional Materials .
Matériaux thermoélectriques - composés chimiques ou alliages métalliques capables de convertir la chaleur en électricité en raison de la différence de température aux points de connexion des conducteurs à la plaque. Cet effet a été découvert en 1821 par le physicien allemand Thomas Seebeck. Pendant longtemps, divers alliages ont été utilisés comme matériaux pour les générateurs thermiques. Cependant, ils ne donnent pas une efficacité très élevée - environ 10%. De plus, pour une efficacité maximale, le chauffage des plaques doit être de l'ordre de plusieurs centaines de degrés.
Ces dernières années, les scientifiques ont commencé à chercher une alternative aux thermoélectriques à base d'alliages - et l'ont trouvée dans les matériaux polymères. Ces matériaux fonctionnent même à température ambiante, sont non toxiques, ont une faible conductivité thermique (ils minimisent la dissipation thermique à l'extérieur). De plus, contrairement aux alliages métalliques, les polymères sont très flexibles - presque n'importe quelle forme souhaitée peut être donnée à un tel thermogénérateur.
Une équipe de scientifiques du Département des nanosystèmes fonctionnels et des matériaux à haute température de NUST «MISiS» ainsi que des collègues de l'Université technologique de Lulelo (Suède) et de l'Université d'Iéna du nom de Friedrich Schiller (Allemagne) ont créé la première version au monde modifiée du polymère avec des nanotubes allongés et ordonnés. Les scientifiques ont utilisé l'un des polymères les plus prometteurs - le polyéthylènedioxythiophène (PEDOT). Il a une conductivité électrique élevée, qui peut être encore améliorée par des inclusions chimiques dans la matrice polymère.
(Ci-dessus) Illustration schématique de la préparation d'un composite TE à l'aide d'une couche PVB pour le transfert sur des substrats courbes ou flexibles. (En bas) VA - Composite à base de CNTF après avoir été appliqué avec succès sur trois substrats différents, y compris des surfaces très incurvées et des supports flexibles. Ces images démontrent le potentiel de nouveaux matériaux en tant que blocs de construction pour diverses applications TE, y compris le revêtement conforme de forme irrégulière, le revêtement précis sur des substrats flexibles et la création de films pliables.Tout d'abord, une «forêt» de nanotubes de carbone orientée verticalement a été cultivée sur un substrat semi-conducteur, puis ils ont été allongés horizontalement. Les nanotubes ont été «inondés» de polymère au sommet. Étant donné que les nanotubes forment souvent des amas à un moment donné (agglomération) pendant le processus de croissance, pour neutraliser ces amas, le matériau a été post-traité avec du diméthylsulfoxyde et de l'éthylèneglycol.
Après un cycle de traitement complet, le facteur de puissance du matériau a augmenté de plus de 4 fois, pour atteindre ~ 92 µW · mK-2.
Selon le participant du groupe scientifique du côté de NUST «MISiS»,
Ph.D. N., Khabib Yusupov , avec de telles caractéristiques du matériau, les produits en seront capables de convertir même la chaleur du corps humain (contrairement à la température ambiante) en électricité utile. Par exemple, après avoir fabriqué un bracelet pour montres ou un étui pour téléphone portable à partir d'un tel polymère, il sera possible d'alimenter des appareils de façon continue, sans source supplémentaire d'électricité.