Ikke giftig, fleksible energiomformere kunne drive bærbare enheder

En bred vifte af bærbar og bærbar elektronik er blevet en stor del af vores daglige liv, så en gruppe af Stanford University-forskere spekulerede på, om disse kunne drives ved at høste elektricitet fra den spildvarme, der findes overalt omkring os.

Yderligere inspiration kom fra et ønske om i sidste ende at fremstille energikonverterende enheder af de samme materialer som de aktive enheder selv, så de kan blande sig som en integreret del af det samlede system. I dag, mange biomedicinske nanoenheders strømforsyninger kommer fra flere typer batterier, der skal adskilles fra den aktive del af systemerne, hvilket ikke er ideelt.

I Anvendt fysik bogstaver , forskerne rapporterer designet og fremstillingen af ​​enkeltvæggede kulstof-nanorør termoelektriske enheder på fleksible polyimidsubstrater som grundlag for bærbare energiomformere.

"Carbon nanorør er endimensionelle materialer, kendt for gode termoelektriske egenskaber, hvilket betyder at udvikle en spænding over dem i en temperaturgradient, " sagde Eric Pop, professor i elektroteknik og materialevidenskab. "Udfordringen er, at kulstof nanorør også har høj varmeledningsevne, hvilket betyder, at det er svært at opretholde en termisk gradient på tværs af dem, og de har været svære at samle dem til termoelektriske generatorer til lave omkostninger."

Gruppen bruger trykte kulstof nanorør-netværk til at tackle begge udfordringer.

"For eksempel, kulstof nanorør spaghetti netværk har meget lavere varmeledningsevne end kulstof nanorør taget alene, på grund af tilstedeværelsen af ​​kryds i netværkene, som blokerer varmestrømmen, " sagde Pop. "Også, direkte udskrivning af sådanne kulstof nanorør-netværk kan reducere deres omkostninger betydeligt, når de skaleres op."

Termoelektriske enheder genererer elektrisk strøm lokalt "ved at genbruge spildvarme fra personlige enheder, hårde hvidevarer, køretøjer, kommercielle og industrielle processer, computer servere, tidsvarierende solbelysning, og endda den menneskelige krop, " sagde Hye Ryoung Lee, hovedforfatter og forsker.

"For at eliminere hindringer for storstilet anvendelse af termoelektriske materialer - toksicitet, materialemangel, mekanisk skørhed - kulstof nanorør tilbyder et glimrende alternativ til andre almindeligt anvendte materialer, " sagde Lee.

Gruppens tilgang demonstrerer en vej til at bruge kulstofnanorør med printbare elektroder på fleksible polymersubstrater i en proces, der forventes at være økonomisk til fremstilling af store mængder. Det er også "grønnere" end andre processer, fordi vand bruges som opløsningsmiddel og yderligere dopingmidler undgås.

Fleksible og bærbare energihøstere kan indlejres i stoffer eller tøj eller placeres på usædvanlige former og formfaktorer.

"I modsætning, traditionel termoelektrik, der er afhængig af vismuttellurid, er skør og stiv, med begrænsede applikationer, " sagde Pop. "Carbon-baserede termoelektriske stoffer er også mere miljøvenlige end dem, der er baseret på sjældne eller giftige materialer som bismuth og tellur."

Det vigtigste koncept i gruppens arbejde er at "genanvende energi så meget vi kan, konvertere ujævn varmefordeling til elektrisk energi til brug for den næste driftscyklus, hvilket vi demonstrerede ved at bruge ikke-toksisk nanorør-baseret termoelektrisk generation, " sagde Yoshio Nishi, en professor i elektroteknik. "Dette koncept er i fuld alliance med verdens mål om at reducere vores samlede energiforbrug."