Een deel van de enorme hoeveelheid verspilde energie die machines en apparaten als warmte uitstoten, zou kunnen worden teruggewonnen met behulp van een goedkoop nanomateriaal dat door KAUST is ontwikkeld. Dit thermo-elektrische nanomateriaal kan de warmte opvangen die verloren gaat door apparaten, variërend van mobiele telefoons tot automotoren, en zet het direct weer om in bruikbare elektriciteit.

Het nanomateriaal is gemaakt met behulp van een op lage temperatuur gebaseerd productieproces, waardoor het geschikt is voor het coaten op flexibele kunststoffen en bijna overal te gebruiken is.

"Van de vele hernieuwbare energiebronnen, afvalwarmte is niet algemeen beschouwd, " zegt Mohamad Nugraha, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Derya Baran. Afvalwarmte die wordt uitgestoten door machines en apparaten kan worden teruggewonnen door thermo-elektrische materialen. Deze stoffen hebben de eigenschap dat wanneer de ene kant van het materiaal heet is en de andere kant koud, een elektrische lading bouwt zich op langs de temperatuurgradiënt.

Tot nu, thermo-elektrische materialen zijn gemaakt met behulp van dure en energie-intensieve processen. Baran, Nugraha en hun collega's hebben een nieuw thermo-elektrisch materiaal ontwikkeld dat is gemaakt door spincoating van een vloeibare oplossing van nanomaterialen, kwantumdots genaamd.

Het team spinde een dunne laag loodsulfide-kwantumdots op een oppervlak en voegde vervolgens een oplossing van korte linker-liganden toe die de kwantumdots met elkaar verknopen om de elektronische eigenschappen van het materiaal te verbeteren.

Na het laag voor laag herhalen van het spincoatingproces om een ​​200 nanometer dikke film te vormen, zacht thermisch gloeien droogde de film en voltooide de fabricage. "Thermo-elektrisch onderzoek heeft zich gericht op materialen die bij zeer hoge temperaturen zijn verwerkt, boven 400 graden Celsius, ", zegt Nugraha. Het op kwantumdots gebaseerde thermo-elektrische materiaal wordt slechts tot 175 graden Celsius verwarmd. Deze lagere verwerkingstemperatuur kan de productiekosten verlagen en betekent dat thermo-elektrische apparaten op een breed scala aan oppervlakken kunnen worden gevormd, inclusief goedkope flexibele kunststoffen.

Het materiaal van het team vertoonde veelbelovende thermo-elektrische eigenschappen. Een belangrijke parameter van een goede thermo-elektrische is de Seebeck-coëfficiënt, wat overeenkomt met de spanning die wordt gegenereerd wanneer een temperatuurgradiënt wordt toegepast. "We hebben enkele sleutelfactoren gevonden die hebben geleid tot de verbeterde Seebeck-coëfficiënt in onze materialen, ' zegt Nugra.

Het team kon ook aantonen dat een effect genaamd kwantumopsluiting, die de elektronische eigenschappen van een materiaal verandert wanneer het wordt verkleind tot nanoschaal, was belangrijk voor het verbeteren van de Seebeck-coëfficiënt. De ontdekking is een stap in de richting van praktische high-performance, lage temperatuur, oplossing-verwerkte thermo-elektrische generatoren, zegt Nugra.