Diego Rosas-Villalva ha spiegato che il team è rimasto sorpreso dal fatto che un polimero così estremamente sottile fosse così efficace nel migliorare la durata del dispositivo. Attestazione:KAUST
Un polimero precedentemente utilizzato per proteggere le celle solari potrebbe trovare nuove applicazioni nell'elettronica di consumo, rivela un team KAUST che studia film sottili in grado di convertire l'energia termica in elettricità.
Quando due lati di un semiconduttore sono a temperature diverse, la migrazione di elettroni da zone calde a zone fredde può generare una corrente. Questo fenomeno, noto come effetto termoelettrico, in genere richiede semiconduttori con strutture ceramiche rigide per mantenere la differenza di calore tra i due lati. Ma la recente scoperta che i polimeri mostrano anche un comportamento termoelettrico ha indotto a ripensare a come sfruttare questo metodo per una migliore raccolta di energia, compresa l'integrazione in dispositivi indossabili.
Derya Baran e il suo team di KAUST stanno aiutando a progettare dispositivi autoalimentati utilizzando un polimero conduttore contenente una miscela di poli(3, catene di 4-etilendiossitiofene) e polistirenesolfonato (PEDOT:PSS). Relativamente poco costoso e facile da elaborare per le applicazioni, compresa la stampa a getto d'inchiostro, PEDOT:PSS è uno dei polimeri termoelettrici più performanti grazie alla sua capacità di assorbire additivi che aumentano l'efficienza noti come droganti.
Diego Rosas-Villalva, un ricercatore nel gruppo di Baran, spiega che i film sottili termoelettrici PEDOT:PSS sono spesso esposti a droganti sotto forma di acidi forti. Questo processo elimina le catene PSS sciolte per migliorare la cristallinità del polimero e lascia particelle che ossidano le catene PEDOT per aumentare la conduttività elettrica.
Un film sottile a base di polimeri sviluppato presso KAUST può eseguire conversioni di energia termoelettrica con meno possibilità di guasti prematuri. Credito:Diego Villalva
"Usiamo l'acido nitrico perché è uno dei migliori droganti per PEDOT, " dice Rosas-Villalva. "Tuttavia, evapora abbastanza facilmente, e questo diminuisce le prestazioni del termoelettrico nel tempo."
Dopo che la fase di doping è stata completata, il film PEDOT:PSS deve essere sottoposto a una procedura inversa per neutralizzare o "dedopere" alcune particelle conduttive per migliorare la generazione di energia termoelettrica.
Diego Rosas-Villalva ha spiegato che il team è rimasto sorpreso dal fatto che un polimero così estremamente sottile fosse così efficace nel migliorare la durata del dispositivo. Attestazione:KAUST
Tipici dedopants includono brevi idrocarburi contenenti gruppi amminici caricati positivamente. I ricercatori KAUST stavano studiando una versione polimerizzata di queste catene amminiche, nota come polietilenimmina etossilata, quando hanno notato un effetto notevole:i film PEDOT:PSS dedoppati con polietilenimmina conservavano il doppio della potenza termoelettrica dopo una settimana rispetto ai campioni non trattati.
Nello sviluppo di termoelettrici a base di polimeri, Il PEIE è un materiale utile per migliorare le prestazioni termoelettriche e la stabilità dell'aria. Credito:American Chemical Society
Le indagini del team hanno rivelato che la polietilenimina era efficace nell'incapsulare i film PEDOT:PSS per prevenire la fuga di acido nitrico. Inoltre, questo rivestimento ha modificato le proprietà elettroniche del polimero termoelettrico per rendere più facile la raccolta di energia dalle fonti, compreso il calore corporeo.
"Non ci aspettavamo che questo polimero migliorasse la durata del dispositivo, soprattutto perché è un film così sottile, meno di 5 nanometri, " dice Villalva. "È stato incorporato in altri dispositivi elettronici organici prima, ma appena esplorato per i termoelettrici."
