Polymerkraftpotentiale

Mantraet 'reducere, genbruge, genbrug' er mere og mere relevant. Hvert år, enorme mængder energi, der kunne opsamles og genbruges, går tabt gennem spildvarme. Nu, A*STAR-forskere har påvist, gennem teoretiske beregninger, at det kan være muligt at fremstille termoelektriske organiske polymerer, der med høj effektivitet kan omdanne varme til elektrisk energi.

Termoelektriske (TE) materialer virker ved at reagere på temperaturforskelle, at få elektriske ladningsbærere til at strømme fra den varme til den kolde side af materialet. TE-materialer bruges allerede til at drive køling, og til begrænset elproduktion. Et effektivt TE-materiale skal have høj elektrisk ledningsevne, lav varmeledningsevne, og en høj 'Seebeck-koefficient' – den spænding, der genereres pr. grad af temperaturforskel over materialet. Imidlertid, det er sjældent, at noget materiale opfylder alle disse betingelser, hvilket betyder, at eksisterende TE-materialer er begrænset i effektivitet.

"En måde at forbedre TE-præstationen på er at bruge doping, tilsætning af visse kemikalier til materialet for at forbedre dets elektriske ledningsevne ved at øge ladningsbærerkoncentrationerne, " siger Shuo-Wang Yang, på A*STAR's Institute of High Performance Computing, der ledede holdet. "Imidlertid, doping kan også forstyrre materialernes stabilitet og ydeevne, og det er udfordrende at finde et dopingmiddel, der virker effektivt. At identificere TE-materialer, der fungerer uden doping, kan transformere energihøst."

Holdet fokuserede deres opmærksomhed på lineære-rygradskoordinationspolymerer, strukturer indeholdende metalioner forbundet med ligander, som kan bygges i laboratoriet til specifikke designs. Disse polymerer udviser adskillige fordele i forhold til konventionelle uorganiske TE-materialer; de er fleksible, har lav varmeledningsevne og er kompatible med biologiske organismer. Imidlertid, de har lav elektrisk ledningsevne – en udfordring, som Yang og kolleger forsøgte at overvinde i deres teoretiske søgning.

"Baseret på det første princip molekylær dynamik og strukturoptimering, vi identificerede en polymer kaldet poly(nikkel-ethylentetrathiolat) og tre associerede analoger, som viser iboende metallisk adfærd og høj elektrisk ledningsevne, " siger Yang. "Dette er spændende, da det antyder, at disse polymerer er potentielle dopingfrie TE-materialer."

Holdets analyser tyder på, at denne metalliske adfærd stammer fra dannelsen af ​​tætte, ikke-bindende molekylære interaktioner mellem svovl- eller selenatomer i de polymere strukturer. Disse vekselvirkninger styrker kræfterne mellem atomerne, mindske elektroniske båndgab og fremme strømmen af ​​elektrisk ladning.

"Xu Jianwei, Kedar Hippalgaonkar, og deres teams ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering syntetiserer nu disse polymerer, " siger Yang. "Disse materialer er meget lovende, især i anvendelser af genvinding af spildvarme og køling nær omgivelsestemperatur."