Forskare från Tokyo Metropolitan University har använt inriktade "metalliska" kolnanorör för att skapa en enhet som omvandlar värme till elektrisk energi (en termoelektrisk enhet) med högre uteffekt än rena halvledande kolnanorör (CNT) i slumpmässiga nätverk. Den nya enheten kringgår den besvärliga avvägningen i halvledare mellan konduktivitet och elektrisk spänning, avsevärt bättre än sin motsvarighet. Termoelektriska enheter med hög effekt kan bana väg för mer effektiv användning av spillvärme, som bärbar elektronik.

Termoelektriska enheter kan direkt omvandla värme till elektricitet. När vi tänker på mängden bortkastad värme i vår miljö som i luftkonditioneringsavgaser, fordonsmotorer eller till och med kroppsvärme, det skulle vara revolutionerande om vi på något sätt kunde avlägsna denna energi från vår omgivning och använda den på ett bra sätt. Detta bidrar på ett sätt till att driva tanken bakom bärbar elektronik och fotonik, enheter som kan bäras på huden och drivs av kroppsvärme. Begränsade applikationer finns redan tillgängliga i form av kroppsvärmedrivna lampor och smartklockor.

Effekten som utvinns från en termoelektrisk enhet när en temperaturgradient bildas påverkas av enhetens konduktivitet och Seebeck-koefficienten, en siffra som anger hur mycket elektrisk spänning som genereras med en viss skillnad i temperatur. Problemet är att det finns en avvägning mellan Seebeck-koefficienten och konduktiviteten:Seebeck-koefficienten sjunker när enheten görs mer ledande. För att generera mer kraft, vi vill helst förbättra både .

Halvledande material anses generellt vara överlägsna kandidater för högpresterande termoelektriska enheter. Dock, ett team ledd av prof. Kazuhiro Yanagi från Tokyo Metropolitan University träffade en osannolik hjälte i form av "metalliska" CNT. Till skillnad från rent halvledande CNT, de fann att de samtidigt kunde förbättra både konduktiviteten och Seebeck-koefficienten för metalliska CNT, bryta avvägningen mellan dessa två nyckelstorheter. Teamet fortsatte med att visa att dessa unika egenskaper uppstod från materialets endimensionella metalliska elektroniska struktur. Vidare, de kunde anpassa orienteringen av de metalliska CNT:erna, uppnå en produktion som var nästan fem gånger så stor som filmer av slumpmässigt orienterade rena halvledande CNT.

Inte bara kommer högpresterande termoelektriska element att låta oss använda kroppsvärme för att driva våra smartphones, de potentiella biomedicinska tillämpningarna kommer att säkerställa att de spelar en viktig roll i vardagliga tillämpningar i framtiden.