Cientistas do NUST “MISiS”, juntamente com colegas da Universidade Tecnológica de Lulelo (Suécia) e da Universidade Jena, em homenagem a Friedrich Schiller (Alemanha), desenvolveram o primeiro material termoelétrico do mundo com nanotubos ordenados.
Devido à sua natureza polimérica, é flexível e a adição de nanotubos várias vezes aumenta sua condutividade elétrica. No futuro, esse material poderá ser usado para carregar dispositivos móveis sem uma fonte de energia adicional: um desses braceletes ou estojos permitiria carregar um relógio ou telefone diretamente do calor do corpo humano. Um artigo sobre desenvolvimento é publicado na revista
Advanced Functional Materials .
Materiais termoelétricos - compostos químicos ou ligas metálicas capazes de converter calor em eletricidade devido à diferença de temperatura nos pontos de conexão dos condutores à placa. Esse efeito foi descoberto em 1821 pelo físico alemão Thomas Seebeck. Durante muito tempo, várias ligas foram usadas como materiais para geradores térmicos. No entanto, eles não dão uma eficiência muito alta - cerca de 10%. Além disso, para obter a máxima eficiência, o aquecimento da placa deve ser da ordem de várias centenas de graus.
Nos últimos anos, os cientistas começaram a procurar uma alternativa à termoelétrica à base de liga - e a encontraram em materiais poliméricos. Tais materiais funcionam mesmo à temperatura ambiente, não são tóxicos, têm baixa condutividade térmica (minimizam a dissipação de calor no exterior). Além disso, os polímeros, ao contrário das ligas metálicas, são muito flexíveis - quase qualquer forma desejada pode ser dada a um termogerador.
Uma equipe de cientistas do Departamento de Nanossistemas Funcionais e Materiais de Alta Temperatura do NUST “MISiS”, juntamente com colegas da Universidade Tecnológica de Lulelo (Suécia) e da Universidade Jena em homenagem a Friedrich Schiller (Alemanha), criou a primeira versão modificada do mundo do polímero com nanotubos alongados e ordenados. Os cientistas usaram um dos polímeros mais promissores - o polietilenodioxitiofeno (PEDOT). Possui alta condutividade elétrica, que pode ser aprimorada ainda mais por inclusões químicas na matriz polimérica.
(Acima) Ilustração esquemática da preparação de um compósito TE utilizando uma camada de PVB para transferência em substratos curvos ou flexíveis. (Inferior) Compósito à base de VA-CNTF após transportar com sucesso três substratos diferentes, incluindo superfícies altamente curvas e suportes flexíveis. Essas imagens demonstram o potencial de novos materiais como blocos de construção para várias aplicações de TE, incluindo revestimento conforme de forma irregular, revestimento preciso em substratos flexíveis e criação de filmes flexíveis.Primeiro, uma “floresta” verticalmente orientada de nanotubos de carbono foi cultivada em um substrato semicondutor e depois alongada horizontalmente. Os nanotubos foram "inundados" com polímero no topo. Como os nanotubos geralmente formam aglomerados em um ponto (aglomeração) durante o processo de crescimento, o material foi pós-tratado com dimetilsulfóxido e etileno glicol para neutralizar esses aglomerados.
Após um ciclo completo de tratamento, o fator de potência do material aumentou mais de 4 vezes, para ~ 92 µW · mK-2.
Segundo o participante do grupo científico do lado do NUST “MISiS”,
Ph.D. N., Khabib Yusupov , com essas características do material, os produtos dele poderão converter até o calor do corpo humano (em contraste com a temperatura ambiente) em eletricidade útil. Por exemplo, tendo fabricado uma pulseira para relógios ou um estojo para telefone celular a partir de tal polímero, será possível alimentar os dispositivos continuamente, sem uma fonte adicional de eletricidade.