Forskare vid U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) rapporterade betydande framsteg i termoelektriska prestanda för organiska halvledare baserade på tunna filmer av kolnanorör som kan integreras i tyger för att omvandla spillvärme till el eller fungera som en liten kraftkälla.

Forskningen visar stor potential för halvledande enkelväggiga kolnanorör (SWCNT) som det primära materialet för effektiva termoelektriska generatorer, istället för att användas som en komponent i ett "komposit" termoelektriskt material som innehåller, till exempel, kolnanorör och en polymer. Upptäckten beskrivs i det nya Energi- och miljövetenskap papper, Stora termoelektriska effektfaktorer av n- och p-typ från dopade halvledande enväggiga tunna filmer med kolnanorör.

"Det finns några inneboende fördelar med att göra saker på det här sättet, "sa Jeffrey Blackburn, en senior vetenskapsman vid NREL:s kemiska och materialvetenskapliga och tekniska centrum och medförfattare till tidningen tillsammans med Andrew Ferguson. Dessa fördelar inkluderar löftet om lösningsförädlade halvledare som är lätta och flexibla och billiga att tillverka. Andra NREL -författare är Bradley MacLeod, Rachelle Ihly, Zbyslaw Owczarczyk, och Katherine Hurst. NREL -författarna samarbetade också med kollaboratörer från University of Denver och partners på International Thermodyne, Inc., baserat i Charlotte, N.C.

Ferguson, också en senior vetenskapsman vid kemikalie- och materialvetenskapscentret, sade introduktionen av SWCNT i tyger kan tjäna en viktig funktion för "bärbar" personlig elektronik. Genom att fånga kroppsvärme och omvandla den till elektricitet, halvledaren kan driva bärbar elektronik eller sensorer inbäddade i kläder.

Blackburn och Ferguson publicerade två artiklar förra året om SWCNT, och den nya forskningen bygger på deras tidigare arbete. Det första papperet, i Nature Energy, visade den potential som SWCNT har för termoelektriska applikationer, men filmerna som framställdes i denna studie behöll en stor mängd isolerande polymer. Det andra papperet, i ACS Energy Letters, visat att avlägsnande av denna "sorterings" polymer från en exemplifierande SWNCT tunn film förbättrade termoelektriska egenskaper.

Det senaste papperet avslöjade att avlägsnande av polymerer från alla SWCNT -utgångsmaterial bidrog till att öka den termoelektriska prestandan och leda till förbättringar i hur laddningsbärare rör sig genom halvledaren. Papperet visade också att samma SWCNT -tunna film uppnådde identisk prestanda när den dopades med antingen positiva eller negativa laddningsbärare. Dessa två typer av material-kallade p-typ och n-typ ben, - behövs för att generera tillräcklig effekt i en termoelektrisk enhet. Halvledande polymerer, ett annat hårt studerat organiskt termoelektriskt material, producerar vanligtvis material av n-typ som fungerar mycket sämre än sina motsvarigheter av p-typ. Det faktum att SWCNT tunna filmer kan göra ben av p-typ och n-typ av samma material med samma prestanda innebär att den elektriska strömmen i varje ben är i sig balanserad, vilket bör förenkla tillverkningen av en enhet. De högst presterande materialen hade prestandamätvärden som överstiger nuvarande toppmoderna lösningsförädlade halvledande polymera organiska termoelektriska material.

"Vi kunde faktiskt tillverka enheten av ett enda material, "Ferguson sa." I traditionella termoelektriska material måste du ta en bit som är p-typ och en bit som är n-typ och sedan montera ihop dem till en enhet. "