Исследование демонстрирует значительный потенциал полупроводниковых однослойных углеродных нанотрубок (ОСУНТ) в качестве основного материала для эффективных термоэлектрических генераторов, а не их использования в качестве компонента в «композитном» термоэлектрическом материале, содержащем, например, углеродные нанотрубки и полимер. Открытие изложено в новой Энергии.
Статья по экологическим наукам, Большие термоэлектрические коэффициенты мощности n- и p-типа из легированных полупроводниковых тонких пленок из однослойных углеродных нанотрубок.«У такого подхода есть некоторые преимущества», — сказал Джеффри Блэкберн, старший научный сотрудник Центра химии и материаловедения и технологий NREL и соавтор статьи с Эндрю Фергюсоном.
Эти преимущества включают перспективу создания полупроводников с обработкой на твердой основе, которые будут легкими, гибкими и недорогими в производстве. Другими авторами NREL являются Брэдли Маклауд, Рашель Ихли, Збислав Овчарчик и Кэтрин Херст.
Авторы NREL также объединились с сотрудниками из Денверского университета и партнерами из International Thermodyne, Inc., базирующейся в Шарлотте, Северная Каролина.Фергюсон, также старший научный сотрудник Центра химии, материаловедения и технологий, сказал, что внедрение SWCNT в ткани может сыграть важную роль в «носимой» персональной электронике.
Улавливая тепло тела и преобразовывая его в электричество, полупроводник может приводить в действие портативную электронику или датчики, встроенные в одежду.Блэкберн и Фергюсон опубликовали в прошлом году две статьи о SWCNT, и новое исследование основывается на их более ранней работе. Первая статья, в Nature Energy, показала потенциал, который SWCNT имеют для термоэлектрических применений, но пленки, приготовленные в этом исследовании, сохранили большое количество изоляционного полимера.
Вторая статья, в ACS Energy Letters, продемонстрировала, что удаление этого «сортирующего» полимера из образцовой тонкой пленки SWNCT улучшило термоэлектрические свойства.Последняя статья показала, что удаление полимеров из всех исходных материалов SWCNT помогло повысить термоэлектрические характеристики и привело к улучшению того, как носители заряда движутся через полупроводник. В документе также показано, что одна и та же тонкая пленка ОСУНТ обеспечивает идентичные характеристики при легировании как положительными, так и отрицательными носителями заряда. Эти два типа материала, называемые ветвями p-типа и n-типа соответственно, необходимы для выработки достаточной мощности в термоэлектрическом устройстве.
Полупроводниковые полимеры, еще один хорошо изученный органический термоэлектрический материал, обычно производят материалы n-типа, которые работают намного хуже, чем их аналоги p-типа. Тот факт, что тонкие пленки SWCNT могут изготавливать ветви p-типа и n-типа из одного и того же материала с идентичными характеристиками, означает, что электрический ток в каждой ветви по своей сути сбалансирован, что должно упростить изготовление устройства.
Материалы с наивысшими эксплуатационными характеристиками имеют показатели производительности, которые превышают текущие характеристики современных полупроводниковых полимерных органических термоэлектрических материалов, обработанных на основе растворов.«Мы действительно могли изготовить устройство из единого материала», — сказал Фергюсон. «В традиционных термоэлектрических материалах вы должны взять одну деталь p-типа и одну деталь n-типа, а затем собрать их в устройство».