En del av den enorma mängd slöseri som maskiner och enheter avger som värme kunde återvinnas med hjälp av ett billigt nanomaterial som utvecklats på KAUST. Detta termoelektriska nanomaterial kan fånga upp värmen som går förlorad av enheter, allt från mobiltelefoner till fordonsmotorer, och förvandla den direkt tillbaka till användbar el.

Nanomaterialet är tillverkat med hjälp av en lågtemperaturlösningsbaserad produktionsprocess, vilket gör den lämplig för beläggning på flexibel plast för användning nästan var som helst.

"Bland de många förnybara energikällorna, spillvärme har inte ansetts allmänt, " säger Mohamad Nugraha, en postdoktor i Derya Barans labb. Spillvärme som avges av maskiner och anordningar kan återvinnas av termoelektriska material. Dessa ämnen har en egenskap som innebär att när den ena sidan av materialet är varm och den andra är kall, en elektrisk laddning byggs upp längs temperaturgradienten.

Tills nu, termoelektriska material har tillverkats med hjälp av dyra och energikrävande processer. Baran, Nugraha och deras kollegor har utvecklat ett nytt termoelektriskt material som gjorts genom att spinnbelägga en flytande lösning av nanomaterial som kallas kvantprickar.

Teamet snurrade ett tunt lager av bly-sulfid kvantprickar på en yta och lade sedan till en lösning av korta länkligander som tvärbinder kvantprickarna tillsammans för att förbättra materialets elektroniska egenskaper.

Efter att ha upprepat spinnbeläggningsprocessen lager för lager för att bilda en 200 nanometer tjock film, försiktig termisk glödgning torkade filmen och fullbordade tillverkningen. "Termoelektrisk forskning har fokuserat på material som bearbetas vid mycket höga temperaturer, över 400 grader Celsius, " säger Nugraha. Det kvantprickbaserade termoelektriska materialet värms bara upp till 175 grader Celsius. Denna lägre bearbetningstemperatur kan minska produktionskostnaderna och innebär att termoelektriska enheter kan formas på ett brett spektrum av ytor, inklusive billiga flexibla plaster.

Teamets material visade lovande termoelektriska egenskaper. En viktig parameter för en bra termoelektrisk är Seebeck-koefficienten, vilket motsvarar den spänning som genereras när en temperaturgradient appliceras. "Vi hittade några nyckelfaktorer som ledde till den förbättrade Seebeck-koefficienten i våra material, " säger Nugraha.

Teamet kunde också visa att en effekt som kallas kvantinneslutning, som ändrar ett materials elektroniska egenskaper när det krymps till nanoskala, var viktigt för att förbättra Seebeck-koefficienten. Upptäckten är ett steg mot praktisk högpresterande, låg temperatur, lösningsbehandlade termoelektriska generatorer, säger Nugraha.