Матеріали для дозвілля покращують З; rme в електроенергії; t конвертувати і навпаки dev; rme в
Зміст:
Органічні напівпровідники - це багаті вуглецем сполуки, відносно дешеві, рясні, легкі та міцні. Однак традиційно вони не розглядаються як кандидати на термоелектричні матеріали, оскільки вони неефективно виконують основний процес перетворення тепла в електрику.
Найефективніші термоелектричні матеріали сьогодні виготовляються з відносно рідкісних неорганічних напівпровідників, таких як вісмут, телур та селен, які є дорогими, крихкими та часто токсичними. Тим не менше, їм вдається перетворити тепло в електрику більш ніж у чотири рази ефективніше, ніж органічні напівпровідники, вироблені до цього часу.
Ця вища ефективність відображається в метриці, відомій дослідникам як термоелектрична "заслуга". Цей показник становить приблизно 1 близько кімнатної температури для неорганічних термоелектричних матеріалів рівня техніки, але лише 0,25 для органічних напівпровідників.
Дослідники U-M покращили стан техніки в органічних напівпровідниках майже на 70 відсотків і досягли значення 0,42 у сполуці під назвою PEDOT: PSS.
"Це приблизно вдвічі ефективніше, ніж нинішні неорганічні напівпровідники", - сказав керівник проекту Кевін Пайп, доцент кафедри машинобудування та електротехніки та інформатики. Пайп є співавтором статті про дослідження, яка була опублікована в Natural Materials 5 травня 2013 року.
PEDOT: PSS - це суміш двох полімерів: кон'югованого полімеру PEDOT та поліелектроліту PSS. До цього часу він використовувався як прозорий електрод для таких пристроїв, як органічні світлодіоди та сонячні елементи, і як антистатичний засіб для матеріалів, таких як фотоплівки.
Один із способів для вчених та інженерів підвищити здатність матеріалу проводити електрику - це додавати до нього домішки в процесі, відомому як допінг. Коли ці додані компоненти, які називаються легуючими речовинами, зв’язуються з матеріалом-господарем, вони надають йому електричний носій. Кожен з цих додаткових носіїв збільшує електропровідність матеріалу.
Однак у випадку PEDOT, легованого PSS, лише невелика частина молекул PSS фактично зв'язується з PEDOT хазяїном. Решта молекули PSS не іонізовані і неактивні. Дослідники виявили, що ці надлишкові молекули PSS різко пригнічують як електропровідність, так і термоелектричні характеристики матеріалу.
"Проблема полягає в тому, що неактивні молекули PSS розсовують молекули PEDOT, що ускладнює перехід електронів між молекулами PEDOT", - сказав Пайп. "Поки іонізовані молекули PSS покращують електропровідність, неіонізовані молекули PSS зменшують її".
Для поліпшення термоелектричної ефективності дослідники реструктуризували матеріал в нанодіапазоні. Пайп та його команда з'ясували, як можна використовувати певні розчинники для видалення деяких із цих неіонізованих молекул легуючої добавки PSS із суміші, що призводить до значного збільшення електропровідності та ефективності перетворення термоелектричної енергії.
Цей конкретний органічний термоелектричний матеріал буде ефективним при температурі приблизно до 250 градусів за Фаренгейтом.
"Врешті-решт, за допомогою цієї технології ми могли б створити гнучку плівку, - думаю Саран-Уіп -, яку можна було б розкатати або обернути навколо гарячого предмета для отримання електроенергії або охолодження", - сказав Пайп.