Termoelektriska material kan omvandla spillvärme direkt till el. Tommi Tynell, M.Sc., som är doktorand vid Aalto University School of Chemical Technology, har utvecklat hybrid termoelektriska material som kombinerar användbara egenskaper från olika typer av material.
Han fann att genom att lägga till organiska lager mellan lager av zink är det möjligt att förbättra prestandan hos termoelektriska material. De organiska skikten antas också ha en stor effekt för att minska värmeledningsförmågan, vilket skulle vara mycket användbart i termoelektriska material.
"Att utveckla effektivare termoelektriska material är en stor utmaning, eftersom de fysikaliska egenskaperna som påverkar materialens prestanda inte är oberoende av varandra. Optimering av ett material är mycket svårt, eftersom du förbättrar en funktion, andra fastigheter kan försämras samtidigt, säger Tynell.
Det största hindret för en bred användning av termoelektriska generatorer är den låga verkningsgraden hos för närvarande kända termoelektriska material. Dessutom, de bästa befintliga föreningarna tål inte de höga temperaturer som krävs och innehåller ofta sällsynta och skadliga ämnen.
Miljövänliga material
I sin doktorsforskning, Tynell lade till lager på lager av nanoskala strukturer, undersöka deras bildning med hjälp av röntgen och infraröda enheter. I forskningen, tunna filmer av zinkoxid användes, eftersom zinkoxid är ett av de mest lovande termoelektriska oxidmaterialen. Oxidmaterial är miljövänliga och i sin tur är deras tillgänglighet inte ett problem. Man tror att de kommer att spela en viktig roll i den framtida utvecklingen av hållbar energiteknik.
Tynell kombinerade atomlagerdeposition och molekylärlagerdeposition och lyckades därmed tillverka ett hybridsupergitter sammansatt av organiska och oorganiska föreningar. Atomskiktsavsättning är en extremt noggrant kontrollerad nanotillverkningsprocess. Processen användes för att producera skiktade hundra nanometer tjocka nanostrukturer, med extremt tunna organiska lager alternerande med tjockare oorganiska lager. Tre olika källmaterial användes för det organiska ämnet:hydrokinon, 4-aminofenol och 4, 4'-oxydianilin. Alla de testade organiska molekylerna visade sig påverka de termoelektriska egenskaperna hos den tunna zinkoxidfilmen.
"Även om strukturerna för utgångsmaterialen var ganska lika, storleken på effekten var ganska varierande beroende på källmaterialet. Hydrokinon var den mest tillämpliga av de tre, eftersom det lättast bildade de önskade strukturerna. "
Unik forskning
Tommi Tynell gjorde sin doktorsavhandling i akademiprofessor Maarit Karppinens forskargrupp. Karppinen och hennes team har studerat termoelektriska material i ett dussin år. Gruppens forskning är unik genom att det är ovanligt att använda hybridmaterial i termoelektrisk forskning. Endast ett fåtal forskargrupper i världen är för närvarande inriktade på att undersöka egenskaperna hos hybridmaterial. Genom att använda termoelektrisk energiskörd kommer det att vara möjligt att minska vårt beroende av traditionella energikällor. Outnyttjad spillvärme finns överallt. Till exempel, det produceras i industriella processer och hushåll, och bilavgaser producerar också spillvärme. Tommi Tynells forskning är ett steg mot att kunna ta vara på värme som just nu håller på att försvinna ut i tomma intet.
