Ett brett utbud av bärbar och bärbar elektronik har blivit en stor del av vårt dagliga liv, så en grupp forskare vid Stanford University undrade om dessa kunde drivas genom att skörda elektricitet från spillvärmen som finns runt omkring oss.

Ytterligare inspiration kom från en önskan att i slutändan tillverka energiomvandlande enheter från samma material som de aktiva enheterna själva, så att de kan smälta in som en integrerad del av det totala systemet. I dag, många biomedicinska nanoenheters strömförsörjning kommer från flera typer av batterier som måste separeras från den aktiva delen av systemen, vilket inte är idealiskt.

I Bokstäver i tillämpad fysik , forskarna rapporterar design och tillverkning av enkelväggiga kolnanorörs termoelektriska enheter på flexibla polyimidsubstrat som bas för bärbara energiomvandlare.

"Kolnanorör är endimensionella material, känd för goda termoelektriska egenskaper, vilket innebär att utveckla en spänning över dem i en temperaturgradient, sa Eric Pop, professor i elektroteknik och materialvetenskap. "Utmaningen är att kolnanorör också har hög värmeledningsförmåga, vilket betyder att det är svårt att upprätthålla en termisk gradient över dem, och de har varit svåra att sätta ihop dem till termoelektriska generatorer till låg kostnad."

Gruppen använder tryckta kolnanorörsnätverk för att tackla båda utmaningarna.

"Till exempel, kolnanorörs spagettinätverk har mycket lägre värmeledningsförmåga än kolnanorör taget enbart, på grund av närvaron av korsningar i nätverken, som blockerar värmeflödet, " sa Pop. "Också, direktutskrift av sådana kolnanorörsnätverk kan avsevärt minska kostnaderna när de skalas upp."

Termoelektriska enheter genererar elektrisk kraft lokalt "genom att återanvända spillvärme från personliga enheter, vitvaror, fordon, kommersiella och industriella processer, datorservrar, tidsvarierande solbelysning, och till och med människokroppen, " sa Hye Ryoung Lee, huvudförfattare och forskare.

"För att eliminera hinder för storskalig tillämpning av termoelektriska material - toxicitet, materialbrist, mekanisk sprödhet – kolnanorör erbjuder ett utmärkt alternativ till andra vanliga material, " sa Lee.

Gruppens tillvägagångssätt visar en väg till att använda kolnanorör med utskrivbara elektroder på flexibla polymersubstrat i en process som förväntas vara ekonomisk för tillverkning av stora volymer. Det är också "grönare" än andra processer, eftersom vatten används som lösningsmedel och ytterligare dopningsmedel undviks.

Flexibla och bärbara energiskördare kan bäddas in i tyger eller kläder eller placeras på ovanliga former och formfaktorer.

"I kontrast, traditionell termoelektrik som är beroende av vismuttellurid är spröd och styv, med begränsade applikationer, "Sade Pop. "Kolbaserad termoelektrik är också mer miljövänlig än de som är baserade på sällsynta eller giftiga material som vismut och tellur."

Det viktigaste konceptet i gruppens arbete är att "återvinna energi så mycket vi kan, konvertera ojämn värmefördelning till elektrisk energi för användning för nästa arbetscykel, vilket vi visade genom att använda giftfri nanorörsbaserad termoelektrisk generering, " sa Yoshio Nishi, professor i elektroteknik. "Detta koncept är i full allians med världens mål att minska vår totala energiförbrukning."