Cientistas do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA relataram avanços significativos no desempenho termoelétrico de semicondutores orgânicos baseados em filmes finos de nanotubos de carbono que poderiam ser integrados em tecidos para converter calor residual em eletricidade ou servir como uma pequena fonte de energia.

A pesquisa demonstra um potencial significativo para nanotubos de carbono de parede única semicondutores (SWCNTs) como o material primário para geradores termoelétricos eficientes, em vez de ser usado como um componente em um material termoelétrico "compósito" contendo, por exemplo, nanotubos de carbono e um polímero. A descoberta é delineada no novo Energia e Ciência Ambiental papel, Grandes fatores de energia termoelétrica do tipo n e p de filmes finos de nanotubos de carbono semicondutores dopados de parede única.

"Existem algumas vantagens inerentes em fazer as coisas desta forma, "disse Jeffrey Blackburn, um cientista sênior no Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais e Química do NREL e co-autor principal do artigo com Andrew Ferguson. Essas vantagens incluem a promessa de semicondutores processados ​​em solução que são leves, flexíveis e baratos de fabricar. Outros autores do NREL são Bradley MacLeod, Rachelle Ihly, Zbyslaw Owczarczyk, e Katherine Hurst. Os autores do NREL também se uniram a colaboradores da Universidade de Denver e parceiros da International Thermodyne, Inc., baseado em Charlotte, N.C.

Ferguson, também um cientista sênior no Centro de Ciência e Tecnologia de Materiais e Química, disse que a introdução de SWCNT em tecidos poderia servir a uma função importante para eletrônicos pessoais "vestíveis". Ao capturar o calor do corpo e convertê-lo em eletricidade, o semicondutor pode alimentar componentes eletrônicos portáteis ou sensores embutidos em roupas.

Blackburn e Ferguson publicaram dois artigos no ano passado sobre SWCNTs, e a nova pesquisa baseia-se em seus trabalhos anteriores. O primeiro artigo, na Nature Energy, mostrou o potencial que os SWCNTs têm para aplicações termelétricas, mas os filmes preparados neste estudo retiveram uma grande quantidade de polímero isolante. O segundo artigo, em cartas de energia ACS, demonstraram que a remoção deste polímero de "classificação" de um filme fino SWNCT exemplar melhorou as propriedades termoelétricas.

O artigo mais recente revelou que a remoção de polímeros de todos os materiais iniciais SWCNT serviu para aumentar o desempenho termoelétrico e levar a melhorias em como os portadores de carga se movem através do semicondutor. O artigo também demonstrou que o mesmo filme fino SWCNT obteve desempenho idêntico quando dopado com portadores de carga positiva ou negativa. Esses dois tipos de material, chamados de pernas tipo p e tipo n, respectivamente - são necessários para gerar energia suficiente em um dispositivo termoelétrico. Polímeros semicondutores, outro material termoelétrico orgânico altamente estudado, normalmente produzem materiais do tipo n com desempenho muito pior do que seus equivalentes do tipo p. O fato de que os filmes finos SWCNT podem fazer pernas tipo p e tipo n do mesmo material com desempenho idêntico significa que a corrente elétrica em cada perna é inerentemente balanceada, o que deve simplificar a fabricação de um dispositivo. Os materiais de melhor desempenho tiveram métricas de desempenho que excedem os materiais termoelétricos orgânicos de polímero semicondutor de última geração processados ​​por solução.

"Poderíamos realmente fabricar o dispositivo a partir de um único material, "Ferguson disse." Em materiais termoelétricos tradicionais, você tem que pegar uma peça do tipo P e uma peça do tipo N e depois montá-las em um dispositivo. "