Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Технологического университета Лулело и Йенского университета имени Фридриха Шиллера разработали первый в мире термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из
Технологического университета Лулело (Швеция) и Йенского
университета имени Фридриха Шиллера (Германия) разработали первый
в мире термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными
нанотрубками. Благодаря полимерной природе, он гибок, а добавка
из нанотрубок в несколько раз повышает его электропроводность. В
перспективе такой материал можно будет применять для зарядки
мобильных устройств без дополнительного источника питания: один
такой браслет или чехол позволил бы заряжать часы или телефон
прямо от тепла человеческого тела. Статья о разработке
опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Термоэлектрические материалы – химические соединения или сплавы
металлов, которые способны конвертировать тепло в электроэнергию
из-за разницы температур в местах присоединения к пластине
проводников. Этот эффект был открыт еще в 1821 году немецким
физиком Томасом Зеебеком. Долгое время в качестве материалов для
термогенераторов использовались различные сплавы. Однако они дают
не очень большой КПД – около 10%. К тому же, для максимальной
эффективности нагрев пластины должен быть в нескольких сотен
градусов.
В последние годы ученые начали искать альтернативу
термоэлектрикам на основе сплавов – и нашли ее в полимерных
материалах. Такие материалы работают даже при комнатной
температуре, нетоксичны, обладают низкой теплопроводностью
(минимизируют рассеивание полученного тепла вовне). К тому же,
полимеры, в отличие от сплавов металлов, очень гибкие – такому
термогенератору можно придать практически любую требуемую форму.
Коллектив ученых кафедры Функциональных наносистем и
высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами
из Технологического университета Лулело (Швеция) и Йенского
университета имени Фридриха Шиллера (Германия) создали первую в
мире модифицированную версию полимера с вытянутыми и упорядоченно
расположенными нанотрубками. Ученые использовали один из наиболее
перспективных полимеров – полиэтилендиокситиофен (ПЭДОТ). Он
обладает высокой электропроводностью, которую при этом можно
дополнительно усиливать за счет химических включений в полимерную
матрицу.
Сначала был выращен вертикально ориентированный «лес» углеродных
нанотрубок на полупроводниковой подложке, затем они были вытянуты
по горизонтальной плоскости. Сверху нанотрубки «залили»
полимером. Поскольку в процессе выращивания нанотрубки зачастую
образуют скопления в одной точке (агломерации), для
нейтрализации таких скоплений материал подвергали пост-обработке
диметилсульфоксидом и этиленгликолем.
После полного цикла обработки фактор мощности материала возрос
более чем в 4 раза, до ~92 µВт·mK-2.
По словам участника научной группы со стороны НИТУ «МИСиС», к.
ф. -м. н., Хабиба Юсупова, при таких характеристиках материала
изделия из него будут способны преобразовывать даже тепло
человеческого тела (на контрасте с комнатной температурой) в
полезную электроэнергию. Например, сделав браслет для часов или
чехол для мобильного телефона из такого полимера, можно будет
питать устройства на постоянной основе, без дополнительного
источника электроэнергии.
Пресс-служба НИТУ «МИСиС»
