Termoelektrisk färg appliceras på en halvklot av aluminiumoxid. Färgen ger närmare kontakt med den värmeavgivande ytan än vad konventionella plana termoelektriska anordningar gör. Kredit:Park et al. ©2016 Nature Communications
(Phys.org)—Målning i dessa dagar blir mycket mer än det brukade vara. Redan forskare har utvecklat solcellsfärg, som kan användas för att göra "paint-on solceller" som fångar upp solens energi och omvandlar den till elektricitet. Nu i en ny studie, forskare har skapat termoelektrisk färg, som fångar upp spillvärmen från varmmålade ytor och omvandlar den till elektrisk energi.
"Jag förväntar mig att den termoelektriska målningstekniken kan tillämpas på spillvärmeåtervinning från storskaliga värmekällor, som byggnader, bilar, och fartygsfartyg, "Jae Sung Son, en medförfattare till studien och forskare vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), berättade Phys.org .
"Till exempel, temperaturen på en byggnads tak och väggar ökar till mer än 50 °C på sommaren, " sa han. "Om vi applicerar termoelektrisk färg på väggarna, vi kan omvandla enorma mängder spillvärme till elektrisk energi."
Den termoelektriska färgen ser väldigt annorlunda ut än konventionella termoelektriska material, som vanligtvis tillverkas som platta, styva chips. Dessa enheter fästs sedan på oregelbundet formade föremål som avger spillvärme, såsom motorer, kraftverk, och kylskåp. Dock, den ofullständiga kontakten mellan dessa krökta ytor och de platta termoelektriska generatorerna resulterar i oundviklig värmeförlust, minskar den totala effektiviteten.
I den nya studien publicerad i Naturkommunikation , Sung Hoon Park et al ., från UNIST, Korea Institute of Science and Technology (KIST), och Korea Electrotechnology Research Institute, har tagit itu med problemet med ofullständig kontakt genom att visa att den termoelektriska färgen lätt fäster på ytan av praktiskt taget vilken form som helst.
Den termoelektriska färgen innehåller de termoelektriska partiklarna vismuttellurid (Bi 2 Te 3 ), som vanligtvis används i konventionella termoelektriska anordningar. Forskarna lade också till molekylära sintringshjälpmedel som, vid uppvärmning, få de termoelektriska partiklarna att koalescera, öka tätheten av dessa partiklar i färgen tillsammans med deras energiomvandlingseffektivitet (ZT-värdena är upp till 0,67 för n-typ och 1,21 för p-typ partiklar).
Schema illustrerar tillverkningen av målade termoelektriska enheter. Kredit:UNIST
Forskarna visade att den termoelektriska färgen kan målas på en mängd olika krökta värmeavgivande ytor. Efter sintring i 10 minuter vid 450 °C, de målade skikten bildar en enhetlig film med en tjocklek av cirka 50 mikrometer.
Tester visade att enheterna målade med den termoelektriska färgen uppvisar en hög uteffekttäthet (4 mW/cm 2 för enheter av typen i planet och 26,3 mW/cm 2 för anordningar av genomgående plan). Dessa värden är konkurrenskraftiga med konventionella termoelektriska material och bättre än alla termoelektriska enheter baserade på bläck och pastor.
Förutom de traditionella termoelektriska tillämpningarna, forskarna förväntar sig att termoelektrisk färg har potential att användas som bärbara termoelektriska energiskördare. Tekniken som utvecklats här skulle också kunna användas i 3D-printad elektronik och målad elektronisk konst. Forskarna planerar att fortsätta med dessa tillämpningar i framtiden.
"Vi planerar att utveckla rumstemperaturbearbetningsbara, luftokänslig, och skalbar termoelektrisk färg och målningsprocesser för praktiska tillämpningar, sa sonen.
