Mantrat 'reducerar, återanvända, återvinna 'är allt mer relevant. Varje år, stora mängder energi som kan fångas upp och återanvändas går förlorad genom spillvärme. Nu, A*STAR -forskare har visat, genom teoretiska beräkningar, att det kan vara möjligt att tillverka termoelektriska organiska polymerer som kan omvandla värme till elektrisk energi med hög verkningsgrad.

Termoelektriska (TE) material fungerar genom att reagera på temperaturskillnader, få elektriska laddningsbärare att strömma från materialets varma till kalla sida. TE -material används redan för att driva kylning, och för begränsad kraftproduktion. Ett effektivt TE -material måste ha hög elektrisk konduktivitet, låg värmeledningsförmåga, och en hög "Seebeck -koefficient" - spänningen som genereras per grad av temperaturskillnad över materialet. Dock, det är sällsynt att något material uppfyller alla dessa villkor, vilket innebär att befintliga TE -material har begränsad effektivitet.

"Ett sätt att förbättra TE -prestanda är att använda dopning, tillsats av vissa kemikalier till materialet för att förbättra dess elektriska konduktivitet genom att öka laddningsbärarkoncentrationerna, "säger Shuo-Wang Yang, på A*STAR's Institute of High Performance Computing, som ledde laget. "Dock, dopning kan också störa materialens stabilitet och prestanda, och att hitta ett dopmedel som fungerar effektivt är utmanande. Att identifiera TE -material som fungerar utan dopning kan förändra energihämtningen. "

Teamet fokuserade sin uppmärksamhet på linjära-ryggradskoordinationspolymerer, strukturer som innehåller metalljoner länkade av ligander, som kan byggas i laboratoriet för specifika mönster. Dessa polymerer uppvisar många fördelar jämfört med konventionella oorganiska TE -material; de är flexibla, har låg värmeledningsförmåga och är kompatibla med biologiska organismer. Dock, de har låg elektrisk konduktivitet-en utmaning som Yang och medarbetare försökte övervinna i sitt teoretiska sök.

"Baserat på molekylär dynamik och strukturoptimering av första principen, vi identifierade en polymer som kallas poly (nickel-etylentetratiolat) och tre associerade analoger som uppvisar inneboende metalliska beteenden och hög elektrisk konduktivitet, "säger Yang." Detta är spännande eftersom det antyder att dessa polymerer är potentiella dopningsfria TE-material. "

Teamets analyser tyder på att detta metalliska beteende härrör från bildandet av tät, icke-bindande molekylära interaktioner mellan svavel- eller selenatomer i de polymera strukturerna. Dessa interaktioner stärker krafterna mellan atomerna, minskar gapet i elektroniska band och uppmuntrar flödet av elektrisk laddning.

"Xu Jianwei, Kedar Hippalgaonkar, och deras team vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering syntetiserar nu dessa polymerer, "säger Yang." Dessa material är mycket lovande, särskilt vid tillämpningar av spillvärmeåtervinning och kylning nära omgivningstemperatur. "