En lavtemperaturmetode til fremstilling af højtydende termoelektriske materialer

Noget af den enorme mængde spildte energi, som maskiner og enheder udsender som varme, kunne genindvindes ved hjælp af et billigt nanomateriale udviklet på KAUST. Dette termoelektriske nanomateriale kunne fange den varme, der går tabt af enheder, lige fra mobiltelefoner til bilmotorer, og gør det direkte tilbage til nyttig elektricitet.

Nanomaterialet er fremstillet ved hjælp af en lavtemperatur løsningsbaseret produktionsproces, gør den velegnet til belægning på fleksibel plast til brug næsten overalt.

"Blandt de mange vedvarende energikilder, spildvarme er ikke blevet overvejet i vid udstrækning, "siger Mohamad Nugraha, en postdoc-forsker i Derya Barans laboratorium. Spildvarme, der udsendes af maskiner og enheder, kunne genfanges af termoelektriske materialer. Disse stoffer har en egenskab, der betyder, at når den ene side af materialet er varm og den anden er kold, en elektrisk ladning opbygges langs temperaturgradienten.

Indtil nu, termoelektriske materialer er blevet fremstillet ved hjælp af dyre og energikrævende processer. Baran, Nugraha og deres kollegaer har udviklet et nyt termoelektrisk materiale fremstillet ved at spincoating en flydende opløsning af nanomaterialer kaldet kvanteprikker.

Holdet spin coated et tyndt lag bly-sulfid kvanteprikker på en overflade og tilføjede derefter en opløsning af korte linker ligander, der tværbinder kvanteprikkerne sammen for at forbedre materialets elektroniske egenskaber.

Efter at have gentaget spin-coating-processen lag for lag for at danne en 200 nanometer tyk film, skånsom termisk udglødning tørrede filmen og afsluttede fremstillingen. "Termoelektrisk forskning har fokuseret på materialer behandlet ved meget høje temperaturer, over 400 grader Celsius, " siger Nugraha. Det kvantepunktbaserede termoelektriske materiale opvarmes kun til 175 grader Celsius. Denne lavere forarbejdningstemperatur kan reducere produktionsomkostningerne og betyder, at termoelektriske enheder kan dannes på en bred vifte af overflader, herunder billig fleksibel plast.

Holdets materiale viste lovende termoelektriske egenskaber. En vigtig parameter for en god termoelektrisk er Seebeck-koefficienten, som svarer til den spænding, der genereres, når en temperaturgradient påføres. "Vi fandt nogle nøglefaktorer, der førte til den forbedrede Seebeck -koefficient i vores materialer, "Siger Nugraha.

Holdet var også i stand til at vise, at en effekt kaldet kvanteindeslutning, som ændrer et materiales elektroniske egenskaber, når det krympes til nanoskalaen, var vigtig for at forbedre Seebeck-koefficienten. Opdagelsen er et skridt mod praktisk højtydende, lav temperatur, opløsningsbehandlede termoelektriske generatorer, Nugraha siger.