Även om klimatkontrollerade bilbarnstolar inte tänker på när du tänker på energieffektivitet, den senaste tekniken som ligger till grund för denna lyxbilsfunktion är baserad på termoelektrik – material som omvandlar elektricitet direkt till värme eller kyla. Omvänt, termoelektrik kan också leda överskottsvärme från energiineffektiva system, som bilmotorer eller kraftverk, genom att återvinna denna "spillvärme" och förvandla den till elektricitet. Som ett resultat, dessa material erbjuder en potentiellt ren energikälla för att minska bränsleförbrukningen och CO2-utsläppen.

För närvarande, denna termiska energi omvandlas med hög effektivitet, dyra termoelektriska material. I bilavgassystem, till exempel, Solid-state termoelektrik återvinner spillvärme som kan resultera i bränslebesparingar på upp till fem procent, men deras höga kostnad hindrar dem från att användas i mindre skala. Att öka dessa besparingar genom billigare material kan få en betydande inverkan på kraftgenereringen för batterier eller elektroniska komponenter i datorer.

Nu, Forskare från Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) tar sig an denna utmaning genom att "ändra budgeten för hantering av värmeenergi, sade Jeff Urban, Biträdande direktör för anläggningen för oorganiska nanostrukturer vid Molecular Foundry, en användaranläggning för nanovetenskap.

"Historiskt sett, högeffektiv termoelektrik har krävt höga kostnader, materialintensiv bearbetning, sa Urban. "Genom att konstruera en hybrid av mjuka och hårda material med enkel kolvkemi i vatten, vi har utvecklat en rutt som ger respektabel effektivitet med låg produktionskostnad."

I sitt tillvägagångssätt, Urban och kollegor konstruerade ett kompositmaterial i nanoskala genom att linda en polymer som leder elektricitet runt en nanorod av tellur - en metall kopplad till kadmium i dagens mest kostnadseffektiva solceller. Detta kompositmaterial spinngjutas enkelt eller trycks till en film från en vattenbaserad lösning. Tillsammans med dess lätthet att tillverka, detta hybridmaterial har också en termoelektrisk värde som är tusentals gånger högre än antingen polymeren eller enbart nanorod - en avgörande faktor för att öka enhetens prestanda.

"Under de senaste åren har vi har sett enorma vinster i termoelektrisk effektivitet, men det finns ett behov av låga kostnader, material med måttlig effektivitet som är lätta att bearbeta och mönstra över stora ytor, sa Rachel Segalman, en fakultetsforskare vid Berkeley Lab och professor i kemi- och biomolekylär teknik vid University of California, Berkeley. "Vi hade mycket intuition om vad som skulle fungera med polymerer och nanokristaller, och kommer nu att utforska materialutrymmet för att optimera dessa system och byta till mer jordnära material."