Gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno riportato progressi significativi nelle prestazioni termoelettriche dei semiconduttori organici basati su film sottili di nanotubi di carbonio che potrebbero essere integrati nei tessuti per convertire il calore di scarto in elettricità o fungere da piccola fonte di energia.

La ricerca dimostra un potenziale significativo per i nanotubi di carbonio a parete singola semiconduttori (SWCNT) come materiale primario per generatori termoelettrici efficienti, piuttosto che essere utilizzato come componente in un materiale termoelettrico "composito" contenente, Per esempio, nanotubi di carbonio e un polimero. La scoperta è delineata nel nuovo Scienze energetiche e ambientali carta, Grandi fattori di potenza termoelettrica di tipo n e p da film sottili di nanotubi di carbonio a parete singola semiconduttori drogati.

"Ci sono alcuni vantaggi intrinseci nel fare le cose in questo modo, "ha detto Jeffrey Blackburn, uno scienziato senior nel centro di scienza e tecnologia dei materiali e della chimica del NREL e co-autore dell'articolo con Andrew Ferguson. Questi vantaggi includono la promessa di semiconduttori processati in soluzione che sono leggeri, flessibili e poco costosi da produrre. Altri autori del NREL sono Bradley MacLeod, Rachelle Ihly, Zbyslaw Owczarczyk, e Katherine Hurst. Gli autori del NREL hanno anche collaborato con collaboratori dell'Università di Denver e partner di International Thermodyne, Inc., con sede a Charlotte, NC

Ferguson, anche uno scienziato senior nel centro di scienza e tecnologia chimica e dei materiali, ha affermato che l'introduzione di SWCNT nei tessuti potrebbe svolgere una funzione importante per l'elettronica personale "indossabile". Catturando il calore corporeo e convertendolo in elettricità, il semiconduttore potrebbe alimentare dispositivi elettronici portatili o sensori incorporati nell'abbigliamento.

Blackburn e Ferguson hanno pubblicato due articoli l'anno scorso sugli SWCNT, e la nuova ricerca si basa sul loro lavoro precedente. La prima carta, in Energia della Natura, ha mostrato il potenziale che gli SWCNT hanno per le applicazioni termoelettriche, ma i film preparati in questo studio conservavano una grande quantità di polimero isolante. La seconda carta, nelle lettere di ACS Energy, hanno dimostrato che la rimozione di questo polimero di "smistamento" da un film sottile SWNCT esemplare ha migliorato le proprietà termoelettriche.

Il documento più recente ha rivelato che la rimozione dei polimeri da tutti i materiali di partenza SWCNT è servita per aumentare le prestazioni termoelettriche e portare a miglioramenti nel modo in cui i portatori di carica si muovono attraverso il semiconduttore. Il documento ha anche dimostrato che lo stesso film sottile SWCNT ha ottenuto prestazioni identiche quando drogato con portatori di carica positivi o negativi. Questi due tipi di materiale, chiamati gambe di tipo p e di tipo n, rispettivamente, sono necessari per generare energia sufficiente in un dispositivo termoelettrico. polimeri semiconduttori, un altro materiale termoelettrico organico molto studiato, tipicamente producono materiali di tipo n che hanno prestazioni molto peggiori delle loro controparti di tipo p. Il fatto che i film sottili SWCNT possano realizzare gambe di tipo p e di tipo n dallo stesso materiale con prestazioni identiche significa che la corrente elettrica in ciascuna gamba è intrinsecamente bilanciata, che dovrebbe semplificare la fabbricazione di un dispositivo. I materiali più performanti avevano parametri di prestazione che superano gli attuali materiali termoelettrici organici polimerici semiconduttori lavorati in soluzione allo stato dell'arte.

"Potremmo effettivamente fabbricare il dispositivo da un singolo materiale, " Ferguson ha detto. "Nei materiali termoelettrici tradizionali devi prendere un pezzo di tipo p e un pezzo di tipo n e poi assemblarli in un dispositivo".