Исследование могло помочь вести производство термоэлектрических устройств или на основе одностенной углеродной нанотрубки (SWCNT) фильмы или на основе соединений, содержащих эти нанотрубки. Поскольку больше чем половина энергии потребляла, во всем мире отклонен, прежде всего, как отбросное тепло, идея термоэлектрического производства электроэнергии появляется в качестве важной части портфелей энергоэффективности и возобновляемой энергии.«Не было многих примеров, где люди действительно посмотрели на внутренние термоэлектрические свойства углеродных нанотрубок, и это – то, что мы чувствуем, что данная статья делает», сказал Эндрю Фергюсон, исследователь в Центре Химического и Материаловедения NREL и автор co-лидерства статьи с Джеффри Блэкберном.Исследование, «Скроенные Полупроводниковые Углеродные Сети Нанотрубки с Расширенными Термоэлектрическими Свойствами», появляется в журнале Nature Energy и сотрудничество между NREL, группой профессора Ён-Хюнь Кима в Корейском ведущем научно-техническом институте и группой профессора Барри Зинка в Университете Денвера.
Другие авторы от NREL – Голубой Эйвери (теперь доцент в Столичном государственном университете Денвера), Бэнь Чжоу, Элиза Миллер, Рэйчел Ихли, Кевин Мистри и Сара Гиллот.Наноструктурированные неорганические полупроводники продемонстрировали обещание для улучшения работы термоэлектрических устройств.
Неорганические материалы могут столкнуться с проблемами, когда полупроводник должен быть легким, гибким, или нерегулярно сформированный, потому что они часто тяжелы и испытывают недостаток в необходимой гибкости. Углеродные нанотрубки, которые являются органическими, легче и более гибки.То, насколько полезный конкретный SWCNT для термоэлектрики, однако, зависит от того, металлическая ли нанотрубка или полупроводник, оба из которых произведены одновременно в синтезах SWCNT. Металлическая нанотрубка вредила бы устройствам, таким как термоэлектрический генератор, тогда как полупроводниковая нанотрубка на самом деле увеличивает работу.
Кроме того, как с большинством оптических и электрических устройств, электрическая ширина запрещенной зоны полупроводникового SWCNT должна затронуть термоэлектрическую работу также.К счастью, Блэкберн, старший научный сотрудник и менеджер группы Спектроскопии и Фотонауки NREL, развивал экспертные знания при отделении полупроводниковых нанотрубок от металлических, и его методы были очень важны для исследования, сказал Фергюсон.
«Мы в явном преимуществе здесь, что мы можем на самом деле использовать это, чтобы исследовать фундаментальные свойства нанотрубок», сказал он.Чтобы произвести высокообогащенные полупроводниковые образцы, исследователи извлекли нанотрубки из полидисперсной сажи, используя находящиеся в polyfluorene полимеры. Полупроводниковые SWCNTs были готовы на стеклянном основании создать фильм, который был тогда впитан в решении окислителя, triethyloxonium hexachloroantimonate (OA), процесс, известный как «допинг».
Допинг повышает плотность перевозчиков обвинения, которые текут через фильм, чтобы провести электричество. Исследователи нашли образцы, которые выступили, лучшие были выставлены более высокой концентрации OA, но не на самых высоких уровнях допинга.
Они также обнаружили, что оптимальный диаметр для углеродной нанотрубки достиг лучшей термоэлектрической работы.Когда дело доходит до термоэлектрических материалов компромисс существует между термовластью (напряжение, полученное, подвергая материал температурному градиенту) и электрической проводимостью, потому что термовласть уменьшается с увеличивающейся проводимостью. Исследователи обнаружили, однако, что с углеродными нанотрубками Вы можете сохранить большие термополномочия даже в очень высоких электрических проводимостях.
Кроме того, исследователи нашли, что их стратегия допинга, существенно увеличивая электрическую проводимость, на самом деле уменьшил теплопроводность. Этот неожиданный результат – другая выгода углеродных нанотрубок для термоэлектрического производства электроэнергии, так как у лучших термоэлектрических материалов должны быть высокая электрическая проводимость и термовласть, поддерживая низкую теплопроводность.