Tänk om du enkelt kunde skriva ut ett tunt lager material – för användning var som helst – som skulle tillåta dig att skapa flexibla energiskördare eller kylare? Det kan snart bli verklighet.

Termoelektrisk omvandling är en solid state och miljövänlig energiomvandlingsteknik med breda tillämpningar som inkluderar solid state kyla, energiskörd och spillvärmeåtervinning.

Flexibla termoelektriska apparater är särskilt attraktiva för återvinning av spillvärme längs konturerade ytor och för energihämtningstillämpningar till kraftsensorer, biomedicinsk utrustning och bärbar elektronik – ett område som upplever exponentiell tillväxt. Dock, få låg kostnad, flexibla och effektiva termoelektriska material är extremt svårt på grund av många material och tillverkningsutmaningar.

I arbete ledd av professor Yanliang Zhang vid Boise State University, flexibla termoelektriska filmer och enheter med hög prestanda och låg kostnad tillverkades genom en innovativ screentryckprocess som möjliggör direkt omvandling av nanokristaller till flexibla termoelektriska enheter.

Den exakta kontrollen av startnanokristallernas form och ytkemi och optimeringen av nano-bläck- och screentryckprocessen är nyckelfaktorerna som ger upphov till oöverträffade prestanda i de tryckta termoelektriska materialen.

Tidningen om detta arbete, "Högpresterande och flexibla termoelektriska filmer genom screentryck, lösningsbearbetade nanoplatkristaller, " publiceras på Vetenskapliga rapporter hemsida. Samarbetet med det högteknologiska startupföretaget ThermoAura, med fokus på nanokristallsyntes, bidrog också till framgången för detta arbete.

Baserat på initial kostnadsanalys, de screentryckta filmerna kan realisera termoelektriska enheter med 2-3 cent per watt, en storleksordning lägre än nuvarande toppmoderna kommersiella enheter. En sådan kostnadsminskning skulle göra termoelektrik till en mycket konkurrenskraftig energiomvandlingsteknik som enormt skulle kunna öppna upp de till stor del underutforskade marknaderna för återvinning av spillvärme.

Denna additiv tryckmetod kommer inte bara att gynna termoelektrik, men också resultera i en störande tillverkningsmetod för andra elektroniska enheter och energiomvandlings- eller lagringsteknologier med ultralåg kostnad och flexibilitet.

Zhangs vision om att förena additiv tillverkning och avancerad energiteknik för att möjliggöra stora tekniska genombrott har också erkänts av en stor federal finansieringsbyrå. Han fick nyligen ett infrastrukturpris från U.S. Department of Energy för att investera en avancerad additiv utskriftsutrustning och etablera toppmoderna additiv tillverkningskapacitet i Boise State.

Denna nya förmåga kommer att göra det möjligt för studenter att utföra spetsforskning om additiv tillverkning och deras tillämpningar på utskriftssensorer, flexibel elektronik och energiomvandling och lagringssystem.