Хабрахабр

Как мы преобразовывали человеческое тепло в электроэнергию

Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Технологического университета Лулело (Швеция) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия) разработали первый в мире термоэлектрический материал с упорядоченно расположенными нанотрубками.

В перспективе такой материал можно будет применять для зарядки мобильных устройств без дополнительного источника питания: один такой браслет или чехол позволил бы заряжать часы или телефон прямо от тепла человеческого тела. Благодаря полимерной природе, он гибок, а добавка из нанотрубок в несколько раз повышает его электропроводность. Статья о разработке опубликована в журнале Advanced Functional Materials.

Этот эффект был открыт еще в 1821 году немецким физиком Томасом Зеебеком. Термоэлектрические материалы – химические соединения или сплавы металлов, которые способны конвертировать тепло в электроэнергию из-за разницы температурных в местах присоединения к пластине проводников. Однако они дают не очень большой КПД – порядка 10%. Долгое время в качестве материалов для термогенераторов использовались различные сплавы. К тому же, для максимальной эффективности нагрев пластины должен быть порядка нескольких сотен градусов.

Такие материалы работают даже при комнатной температуре, нетоксичны, обладают низкой теплопроводностью (минимизируют рассеивание полученного тепла вовне). В последние годы ученые начали искать альтернативу термоэлектрикам на основе сплавов – и нашли ее в полимерных материалах. К тому же, полимеры, в отличие от сплавов металлов, очень гибкие – такому термогенератору можно придать практически любую требуемую форму.

Ученые использовали один из наиболее перспективных полимеров – полиэтилендиокситиофен (ПЭДОТ). Коллектив ученых кафедры Функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Технологического университета Лулело (Швеция) и Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия) создали первую в мире модифицированную версию полимера с вытянутыми и упорядоченно расположенными нанотрубками. Он обладает высокой электропроводностью, которую при этом можно дополнительно усиливать за счет химических включений в полимерную матрицу.

(Внизу) Композит на основе VA ‐ CNTF после успешной переноски на три различных подложки, включая сильно изогнутые поверхности и гибкие опоры. image
(Вверху) Схематическое изображение процесса приготовления композита TE с использованием слоя PVB для переноса на изогнутых или гибких подложках. Эти изображения демонстрируют потенциал новых материалов в качестве строительных блоков для различных применений TE, включая конформное покрытие неправильных форм, точное нанесение на гибкие подложки и создание сгибаемых пленок.

Сверху нанотрубки «залили» полимером. Сначала был выращен вертикально ориентированный «лес» углеродных нанотрубок на полупроводниковой подложке, затем они были вытянуты по горизонтальной плоскости. Поскольку в процессе выращивания нанотрубки зачастую образуют скопления в одной точки (агломерации), для нейтрализации таких скоплений материал подвергали пост-обработке диметилсульфоксидом и этиленгликолем.

После полного цикла обработки фактор мощности материала возрос более чем в 4 раза, до ~92 µВт·mK-2.

ф. По словам участника научной группы со стороны НИТУ «МИСиС», к. н., Хабиба Юсупова, при таких характеристиках материала изделия из него будут способны преобразовывать даже тепло человеческого тела (на контрасте с комнатной температурой) в полезную электроэнергию. -м. Например, сделав браслет для часов или чехол для мобильного телефона из такого полимера, можно будет питать устройства на постоянной основе, без дополнительного источника электроэнергии.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть