Osynligt små kolnanorör anpassade som fibrer och fastsydda i tyger blir en termoelektrisk generator som kan omvandla värme från solen eller andra källor till energi.

Rice University-labbet av fysikern Junichiro Kono ledde ett försök med forskare vid Tokyo Metropolitan University och den Rice-baserade Carbon Hub för att göra anpassade nanorörsfibrer och testa deras potential för storskaliga tillämpningar.

Deras småskaliga experiment ledde till en fiberförstärkt, flexibelt bomullstyg som omvandlade värme till tillräckligt med energi för att driva en LED. Med vidareutveckling, de säger att sådana material kan bli byggstenar för fiber- och textilelektronik och energiskörd.

Samma nanorörsfibrer skulle också kunna användas som kylflänsar för att aktivt kyla känslig elektronik med hög effektivitet.

En artikel om projektet dyker upp i Naturkommunikation .

Effekten verkar enkel:om en sida av ett termoelektriskt material är varmare än den andra, den producerar energi. Värmen kan komma från solen eller andra enheter som kokplattorna som används i tygexperimentet. Omvänt, lägga till energi kan få materialet att kyla den varmare sidan.

Tills nu, inga makroskopiska sammansättningar av nanomaterial har visat den nödvändiga "gigantiska kraftfaktorn, "cirka 14 milliwatt per meter kelvin i kvadrat, som Rice-forskarna mätte i kolnanorörsfibrer.

"Effektfaktorn talar om för dig hur mycket effekttäthet du kan få ut ur ett material vid en viss temperaturskillnad och temperaturgradient, " sa Rice doktorand Natsumi Komatsu, huvudförfattare till tidningen. Hon noterade att ett materials effektfaktor är en kombinerad effekt från dess elektriska ledningsförmåga och vad som kallas Seebeck-koefficienten, ett mått på dess förmåga att översätta termiska skillnader till elektricitet.

"Den här fiberns ultrahöga elektriska ledningsförmåga var ett av nyckelattributen, " sa Komatsu.

Källan till denna superkraft relaterar också till att ställa in nanorörens inneboende Fermi-energi, en egenskap som bestämmer elektrokemisk potential. Forskarna kunde kontrollera Fermi-energin genom att kemiskt dopa nanorören som gjorts till fibrer av Rice-labbet av medförfattare och kemisk och biomolekylär ingenjör Matteo Pasquali, så att de kan trimma fibrernas elektroniska egenskaper.

Medan fibrerna de testade skars i centimeterlängder, Komatsu sa att det inte finns någon anledning att enheter inte kan använda de utmärkta nanorörsfibrerna från Pasquali-labbet som rullas i kontinuerliga längder. "Oavsett var du mäter dem, de har samma mycket höga elektriska ledningsförmåga, " sa hon. "Den bit jag mätte var liten bara för att min installation inte klarar av att mäta 50 meter fiber."

Pasquali är chef för Carbon Hub, som främjar en utvidgning av utvecklingen av kolmaterial och väte på ett sätt som också i grunden förändrar hur världen använder fossila kolväten.

"Kolnanorörsfibrer har varit på en stadig tillväxtbana och har visat sig vara fördelaktiga i fler och fler tillämpningar, " sa han. "Istället för att slösa kol genom att bränna det till koldioxid, vi kan fixa det som användbara material som har ytterligare miljöfördelar i elproduktion och transporter."

Om den nya forskningen leder till en solpanel man kan slänga i tvättmaskinen återstår att se, men Kono höll med om att tekniken har stor och varierad potential.

"Nanorör har funnits i 30 år, och vetenskapligt, mycket är känt, " sa han. "Men för att göra verkliga enheter, vi behöver makroskopiskt ordnade eller kristallina sammansättningar. Det är de typer av nanorörsprover som Matteos grupp och min grupp kan göra, och det finns många, många applikationsmöjligheter."

Medförfattare till uppsatsen är Rice-studenter Oliver Dewey, Lauren Taylor och Mitchell Trafford och Geoff Wehmeyer, en biträdande professor i maskinteknik; och Yota Ichinose, Professor Yohei Yomogida, och professor Kazuhiro Yanagi vid Tokyo Metropolitan University.