Un'ampia varietà di dispositivi elettronici portatili e indossabili è diventata una parte importante della nostra vita quotidiana, così un gruppo di ricercatori della Stanford University si è chiesto se questi potessero essere alimentati raccogliendo elettricità dal calore di scarto che esiste intorno a noi.

Ulteriore ispirazione è venuta dal desiderio di fabbricare in definitiva dispositivi di conversione dell'energia dagli stessi materiali dei dispositivi attivi stessi, in modo che possano fondersi come parte integrante del sistema totale. Oggi, gli alimentatori di molti nanodispositivi biomedici provengono da diversi tipi di batterie che devono essere separate dalla parte attiva dei sistemi, che non è l'ideale.

In Lettere di fisica applicata , i ricercatori riportano la progettazione e la fabbricazione di dispositivi termoelettrici a nanotubi di carbonio a parete singola su substrati di poliimmide flessibili come base per convertitori di energia indossabili.

"I nanotubi di carbonio sono materiali unidimensionali, noto per le buone proprietà termoelettriche, il che significa sviluppare una tensione ai loro capi in un gradiente di temperatura, "ha detto Eric Pop, professore di ingegneria elettrica e scienza dei materiali. "La sfida è che i nanotubi di carbonio hanno anche un'elevata conduttività termica, il che significa che è difficile mantenere un gradiente termico attraverso di loro, ed è stato difficile assemblarli in generatori termoelettrici a basso costo."

Il gruppo utilizza reti di nanotubi di carbonio stampati per affrontare entrambe le sfide.

"Per esempio, le reti di spaghetti di nanotubi di carbonio hanno una conduttività termica molto inferiore rispetto ai nanotubi di carbonio presi da soli, per la presenza di svincoli nelle reti, che bloccano il flusso di calore, " Pop ha detto. "Inoltre, la stampa diretta di tali reti di nanotubi di carbonio può ridurre significativamente i loro costi quando vengono ampliate".

I dispositivi termoelettrici generano energia elettrica localmente "riutilizzando il calore di scarto dei dispositivi personali, elettrodomestici, veicoli, processi commerciali e industriali, server informatici, illuminazione solare variabile nel tempo, e anche il corpo umano, " disse Hye Ryoung Lee, autore principale e ricercatore.

"Per eliminare gli ostacoli all'applicazione su larga scala di materiali termoelettrici:tossicità, scarsità di materiali, fragilità meccanica:i nanotubi di carbonio offrono un'eccellente alternativa ad altri materiali comunemente usati, " ha detto Lee.

L'approccio del gruppo dimostra un percorso verso l'utilizzo di nanotubi di carbonio con elettrodi stampabili su substrati polimerici flessibili in un processo che si prevede essere economico per la produzione di grandi volumi. È anche "più verde" di altri processi, perché l'acqua viene utilizzata come solvente e si evitano ulteriori droganti.

I raccoglitori di energia flessibili e indossabili possono essere incorporati in tessuti o vestiti o posizionati su forme e fattori di forma insoliti.

"In contrasto, i termoelettrici tradizionali che si basano sul tellururo di bismuto sono fragili e rigidi, con applicazioni limitate, " Pop ha detto. "I termoelettrici a base di carbonio sono anche più rispettosi dell'ambiente rispetto a quelli basati su materiali rari o tossici come il bismuto e il tellurio".

Il concetto più importante nel lavoro del gruppo è "riciclare l'energia il più possibile, convertire la distribuzione irregolare del calore in energia elettrica da utilizzare per il prossimo ciclo di funzionamento, che abbiamo dimostrato utilizzando la generazione termoelettrica non tossica basata su nanotubi, " disse Yoshio Nishi, un professore di ingegneria elettrica. "Questo concetto è in piena alleanza con l'obiettivo mondiale di ridurre il nostro consumo energetico totale".