Светорезерв - ИТ решения

Превращение тепла в электроэнергию с помощью эффективного органического термоэлектрического материала

Превращение тепла в электроэнергию с помощью эффективного органического термоэлектрического материала

Термоэлектрические материалы могут превратить разницу температур в электричество. Органические термоэлектрические материалы могут использоваться для питания носимой электроники или датчиков; однако выходная мощность все еще очень мала. Международная группа под руководством Яна Антона Костера, профессора физики полупроводников в Университете Гронингена, теперь создала органический полупроводник n-типа с превосходными свойствами, что делает эти приложения еще большим шагом вперед. Их результаты были опубликованы 10 ноября в журнале Nature Communications.

Термоэлектрический генератор - единственный искусственный источник энергии за пределами нашей солнечной системы: оба космических зонда Voyager, которые были запущены в 1977 году и сейчас находятся в межзвездном пространстве, питаются от генераторов, преобразующих тепло (в данном случае от радиоактивного источника). ) в электрический ток. «Самое замечательное в таких генераторах то, что они представляют собой твердотельные устройства без каких-либо движущихся частей», - объясняет Костер.

Проводимость

Однако неорганический термоэлектрический материал, используемый в генераторах «Вояджера», не подходит для более приземленных применений. Эти неорганические материалы содержат токсичные или очень редкие элементы. Кроме того, они обычно жесткие и хрупкие. «Вот почему возрастает интерес к органическим термоэлектрическим материалам», - говорит Костер. Но у этих материалов есть свои проблемы. Оптимальным термоэлектрическим материалом является фононное стекло, которое имеет очень низкую теплопроводность (так, чтобы оно могло поддерживать разницу температур), а также электронный кристалл с высокой электропроводностью (для переноса генерируемого тока). Костер: «Проблема органических полупроводников в том, что они обычно имеют низкую электропроводность».

Тем не менее, более чем десятилетний опыт разработки органических фотоэлектрических материалов в Университете Гронингена привел команду к созданию лучшего органического термоэлектрического материала. Они сосредоточили свое внимание на полупроводнике n-типа, который несет отрицательный заряд. Для термоэлектрического генератора необходимы полупроводники как n-типа, так и p-типа (несущие положительный заряд), хотя эффективность органических полупроводников p-типа уже достаточно высока.

Buckyballs

Команда использовала фуллерены (бакиболлы, состоящие из шестидесяти атомов углерода) с добавленной к ним двойной боковой цепью типа триэтиленгликоля. Для увеличения электропроводности был добавлен n-допант. «Фуллерены уже имеют низкую теплопроводность, но добавление боковых цепей делает ее еще ниже, поэтому материал представляет собой очень хорошее фононное стекло», - говорит Костер. «Кроме того, эти цепочки также содержат легирующую добавку и создают очень упорядоченную структуру во время отжига». Последнее делает материал электрическим кристаллом с электропроводностью, подобной проводимости чистых фуллеренов.

«Мы создали первый электрический кристалл из органического фононного стекла», - говорит Костер. «Но самое интересное для меня - это его термоэлектрические свойства». Они выражаются значением ZT. T относится к температуре, при которой работает материал, в то время как Z включает другие свойства материала. Новый материал увеличивает максимальное значение ZT в своем классе с 0,2 до более 0,3, что является значительным улучшением.

Датчики

«Значение ZT, равное 1, считается коммерчески жизнеспособным, но мы считаем, что наш материал уже может использоваться в приложениях, требующих низкой производительности», - говорит Костер. Например, для питания датчиков требуется несколько микроватт энергии, и они могут быть произведены из пары квадратных сантиметров нового материала. «Наши сотрудники в Милане уже создают термоэлектрические генераторы с использованием фуллеренов с одной боковой цепью, у которых значение ZT ниже, чем у нас сейчас».

По словам Костера, фуллерены, боковая цепь и легирующая добавка легко доступны, и производство нового материала, вероятно, может быть увеличено без особых проблем. Он очень доволен результатами этого исследования. «В статье двадцать авторов из девяти различных исследовательских групп. Мы использовали наши совместные знания в области синтетической органической химии, органических полупроводников, молекулярной динамики, теплопроводности и рентгеноструктурных исследований, чтобы получить этот результат. И у нас уже есть идеи, как еще больше повысить эффективность ».

Поделиться:

Вопросы, отзывы, комментарии (0)

Нет комментариев

Добавить комментарий

Пожалуйста, оцените!

Читайте также:

Офис Signify по взаимодействию с клиентами помогает предприятиям поддерживать здоровье и безопасность сотрудников

Гуджарат подписал меморандум о взаимопонимании с Индийской корпорацией развития туризма

Производство электроэнергии от дождя до света 100 светодиодных фонарей

Обзор рынка: к 2026 году мировой рынок светодиодов достигнет 82 миллиардов долларов

Исследование AEC: 67% ожидаемого снижения доходов из-за пандемии

Продукты УФ-С от Signify

Квантовые транзисторы: потенциальная альтернатива гибкой электронике?

Проблемы определения характеристик полупроводников с широкой запрещенной зоной

Интегрированная фотоника может решить проблемы мощности и скорости массивных данных

Может ли RFID стать решением безбатарейного Интернета вещей? Рука так думает

Петиция производителей микросхем об изменении языка в законопроекте о финансировании для включения критически важных устройств

Термоэлектрические охладители: маломощный, экологически чистый вариант конструкции для контроля температуры

Рост возможностей мини-светодиодов усиливает конкуренцию за патенты

Медицинские источники питания - особая лига

Общие сведения о клеммных колодках для безопасного подключения

Подробнее о наушниках с шумоподавлением: адаптивные контроллеры в активных системах шумоподавления

Как прошло первое виртуальное шоу Electronica?

Могут ли мировые торговые трения задушить индустрию чипов «лихорадку слияний и поглощений»?

Решения безопасности IC: построить или купить?

Черный корпус увеличивает отношение сигнал / шум фотодиода

Широкополосный ИК-светодиод мощностью 74 мВт для телефонной спектроскопии

Лучший голландский футбольный клуб, с которым будет сотрудничать Signify для установки системы дезинфекции UVC

Технология спектрального зондирования AMS, выбранная специалистом по оптической метрологии ELDIM для профессионального быстрого тестирования на COVID-

Навигация по минному полю: патентный анализ ключевых мини-светодиодных технологий

Велодин Лидар объявляет итоги первого квартала 2020 года публичной компании

Система без электроэнергии использует испарение, чтобы предметы оставались прохладными

Сверхбыстрые лазерные эксперименты открывают путь к лучшим промышленным катализаторам

Зеркальная гитара Infinity, украшенная светодиодами, осветит ваш день

Интернет на основе светового луча Project Taara коммерчески развернут в Африке

Общегосударственная инициатива по сокращению дорожно-транспортных происшествий с помощью экологически чистых технологий интеллектуального автономного

Предупреждающие огни со звуком

Простой метод производства высокопроизводительных литий-селеновых батарей

Сверхбыстрые полимерные модуляторы, способные выдерживать тепло

Определение микроскопического механизма комбайнов вибрационной энергии

Экологически чистый метод может снизить затраты на переработку литий-ионных батарей.

Прототип топливомера для орбиты

Гигантский шаг к применению антиферромагнитных материалов

Два человека делятся своими крупными победами в приложении фэнтези-футбол, выбирает CES

Новые экологически чистые материалы могут привести в действие умные устройства, использующие рассеянный свет

Время нового состояния вещества в высокотемпературных сверхпроводниках

Катализируем мир с нулевым выбросом углерода за счет сбора энергии из живых клеток

Обоснование использования органических циклов Ренкина в рекуперации отработанного тепла

Система потолочной плитки Ori от Focal Point приглашает специалистов исследовать возвышенный акустический ландшафт

Кайлер Кил из Encore Wire проехал 500 миль за "Bike for the Light"

Полностью настраиваемые центры нагрузки ACS / Uni-Fab с предварительной разводкой экономят время, труд и хранение

Новый All Jack ™ для повышения производительности при установке деталей

Расходы на строительство продолжают снижаться

Падение продаж сегмента освещения LSI на 28%

Примета Времени: наше место для занятий йогой выбирает дезинфекцию видимым светом

Гэри Тротт из Acuity о дезинфекции с помощью фильтров дальнего ультрафиолетового излучения

Подписка на новости