Материјалите за слободно време го подобруваат W; рме во електрична енергија; t претворат и обратно dev; rme во
Содржина:
Органските полупроводници се соединенија богати со јаглерод, кои се релативно ефтини, изобилни, лесни и цврсти. Сепак, тие традиционално не се сметаат за кандидатски термоелектрични материјали затоа што биле неефикасни во извршувањето на основниот процес на претворање на топлината во електрична енергија.
Најефикасните термоелектрични материјали денес се направени од релативно ретки неоргански полупроводници како што се бизмут, телуриум и селен, кои се скапи, кршливи и често токсични. Како и да е, тие успеваат да ја претворат топлината во електрична енергија повеќе од четири пати поефикасно од досега произведените органски полупроводници.
Оваа поголема ефикасност се рефлектира во метриката позната за истражувачите како термоелектрична „фигура на заслуги“. Оваа метрика е приближно 1 близу собна температура за неоргански термоелектрични материјали според претходната уметност, но само 0,25 за органски полупроводници.
Истражувачите на У-М ја подобрија состојбата на уметноста кај органските полупроводници за скоро 70 проценти и постигнаа вредност од 0,42 во соединението наречено ПЕДОТ: ПСС.
„Тоа е околу половина поефикасно од сегашните неоргански полупроводници“, рече водачот на проектот Кевин Пип, вонреден професор по машинско инженерство и електротехника и компјутерски науки. Пип е коавтор на статија за истражувањето објавено во Природни материјали на 5 мај 2013 година.
PEDOT: PSS е мешавина од два полимери: конјугираниот полимер PEDOT и полиелектролитот PSS. Досега, се користеше како транспарентна електрода за уреди како што се органски LED диоди и соларни ќелии и како анти-статички агенс за материјали како што се фотографски филмови.
Еден начин научниците и инженерите да ја зголемат способноста на материјалот да спроведува електрична енергија е додавање на нечистотии во процесот познат како допинг. Кога овие додадени компоненти, наречени допанти, се врзуваат за материјалот домаќин, тие му даваат електричен носач. Секој од овие дополнителни носачи ја зголемува електричната спроводливост на материјалот.
Со PEDOT допиран со PSS, сепак, само мал дел од PSS молекулите всушност се врзуваат за домаќинот PEDOT. Останатите молекули на PSS не се јонизирани и се неактивни. Истражувачите откриле дека овие вишок на PSS молекули драматично ја инхибираат електричната спроводливост и термоелектричните перформанси на материјалот.
„Проблемот е во тоа што неактивните PSS молекули ги туркаат PEDOT молекулите подалеку, што им го отежнува скокањето на електроните помеѓу PEDOT молекулите“, рече Пип. „Додека јонизираните PSS молекули ја подобруваат електричната спроводливост, нејонизираните PSS молекули ја намалуваат.
Со цел да се подобри термоелектричната ефикасност, истражувачите го реконструираа материјалот во нано опсегот. Пип и неговиот тим сфатиле како одредени растворувачи можат да се користат за да се отстранат некои од овие нејонизирани PSS допантни молекули од смесата, што резултира во големо зголемување на електричната спроводливост и ефикасноста на конверзијата на термоелектрична енергија.
Овој конкретен органски термоелектричен материјал би бил ефикасен на температура до околу 250 степени Целзиусови.
„На крајот на краиштата, со оваа технологија, можеме да создадеме флексибилен филм - размислете за Saran Wrap - кој може да се стркала или да се завитка околу врел предмет за да се генерира електрична енергија или да се обезбеди ладење“, рече Пип.