(Phys.org)—Verf wordt tegenwoordig veel meer dan vroeger. Onderzoekers hebben al fotovoltaïsche verf ontwikkeld, die kunnen worden gebruikt om "op verf aangebrachte zonnecellen" te maken die de energie van de zon opvangen en omzetten in elektriciteit. Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben thermo-elektrische verf gemaakt, die de afvalwarmte van hete geverfde oppervlakken opvangt en omzet in elektrische energie.

"Ik verwacht dat de thermo-elektrische verftechniek kan worden toegepast op de terugwinning van restwarmte van grootschalige warmtebronoppervlakken, zoals gebouwen, auto's, en schepen, "Jae Sung zoon, een co-auteur van de studie en onderzoeker aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), vertelde Phys.org .

"Bijvoorbeeld, de temperatuur van het dak en de muren van een gebouw stijgt in de zomer tot meer dan 50 °C, " zei hij. "Als we thermo-elektrische verf op de muren aanbrengen, we kunnen enorme hoeveelheden restwarmte omzetten in elektrische energie."

De thermo-elektrische verf ziet er heel anders uit dan conventionele thermo-elektrische materialen, die doorgaans als plat worden vervaardigd, stijve chips. Deze apparaten worden vervolgens bevestigd aan onregelmatig gevormde objecten die restwarmte afgeven, zoals motoren, energiecentrales, en koelkasten. Echter, het onvolledige contact tussen deze gebogen oppervlakken en de platte thermo-elektrische generatoren resulteert in onvermijdelijk warmteverlies, het verminderen van de algehele efficiëntie.

In de nieuwe studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Sung Hoon Park et al ., van UNIST, het Korea Instituut voor Wetenschap en Technologie (KIST), en het Korea Electrotechnology Research Institute, hebben dit probleem van onvolledig contact aangepakt door aan te tonen dat de thermo-elektrische verf gemakkelijk hecht aan het oppervlak van vrijwel elke vorm.

De thermo-elektrische verf bevat de thermo-elektrische deeltjes bismuttelluride (Bi ₂ Te ₃ ), die vaak worden gebruikt in conventionele thermo-elektrische apparaten. De onderzoekers voegden ook moleculaire sinterhulpmiddelen toe die, bij verwarming, ervoor zorgen dat de thermo-elektrische deeltjes samensmelten, het verhogen van de dichtheid van deze deeltjes in de verf samen met hun energieconversie-efficiëntie (de ZT-waarden zijn tot 0,67 voor n-type en 1,21 voor p-type deeltjes).

De onderzoekers toonden aan dat de thermo-elektrische verf op verschillende gebogen warmte-emitterende oppervlakken kan worden geverfd. Na 10 minuten sinteren bij 450 °C, de geverfde lagen vormen een uniforme film van ongeveer 50 micrometer dik.

Tests hebben aangetoond dat de apparaten die zijn geverfd met de thermo-elektrische verf een hoge uitgangsvermogensdichtheid hebben (4 mW/cm ² voor in-plane-apparaten en 26,3 mW/cm ² voor apparaten van het type doorgaand vlak). Deze waarden zijn concurrerend met conventionele thermo-elektrische materialen en beter dan alle thermo-elektrische apparaten op basis van inkten en pasta's.

Naast de traditionele thermo-elektrische toepassingen, de onderzoekers verwachten dat thermo-elektrische verf het potentieel heeft om te worden gebruikt als draagbare thermo-elektrische energieoogsters. De hier ontwikkelde technologie zou ook kunnen worden gebruikt in 3D-geprinte elektronica en geschilderde elektronische kunst. De onderzoekers zijn van plan om deze toepassingen in de toekomst verder uit te werken.

"We zijn van plan om op kamertemperatuur verwerkbare, luchtongevoelig, en schaalbare thermo-elektrische verf- en verfprocessen voor praktische toepassingen, " zei zoon.