Wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy rapporteerden aanzienlijke vooruitgang in de thermo-elektrische prestaties van organische halfgeleiders op basis van dunne koolstof nanobuisjes die in weefsels kunnen worden geïntegreerd om afvalwarmte om te zetten in elektriciteit of als een kleine stroombron.

Het onderzoek toont een aanzienlijk potentieel aan voor halfgeleidende enkelwandige koolstofnanobuizen (SWCNT's) als het primaire materiaal voor efficiënte thermo-elektrische generatoren, in plaats van te worden gebruikt als een component in een "composiet" thermo-elektrisch materiaal dat, bijvoorbeeld, koolstof nanobuisjes en een polymeer. De ontdekking staat beschreven in de nieuwe Energie en milieuwetenschappen papier, Grote n- en p-type thermo-elektrische vermogensfactoren van gedoteerde halfgeleidende enkelwandige dunne films van koolstofnanobuisjes.

"Er zijn enkele inherente voordelen om dingen op deze manier te doen, " zei Jeffrey Blackburn, een senior wetenschapper in het Chemical and Materials Science and Technology-centrum van NREL en co-hoofdauteur van het artikel met Andrew Ferguson. Deze voordelen omvatten de belofte van in oplossing verwerkte halfgeleiders die lichtgewicht en flexibel zijn en goedkoop te produceren. Andere NREL-auteurs zijn Bradley MacLeod, Rachelle Ihly, Zbyslaw Owczarczyk, en Katherine Hurst. De NREL-auteurs werkten ook samen met medewerkers van de Universiteit van Denver en partners bij International Thermodyne, Inc., gevestigd in Charlotte, NC

Ferguson, ook een senior wetenschapper in het Chemical and Materials Science and Technology centrum, zei dat de introductie van SWCNT in stoffen een belangrijke functie zou kunnen hebben voor "draagbare" persoonlijke elektronica. Door lichaamswarmte op te vangen en om te zetten in elektriciteit, de halfgeleider zou draagbare elektronica of sensoren in kleding kunnen voeden.

Blackburn en Ferguson publiceerden vorig jaar twee artikelen over SWCNT's, en het nieuwe onderzoek bouwt voort op hun eerdere werk. Het eerste papier, in Natuur Energie, toonde het potentieel aan dat SWCNT's hebben voor thermo-elektrische toepassingen, maar de films die in dit onderzoek werden bereid, behielden een grote hoeveelheid isolerend polymeer. Het tweede papier, in ACS-energiebrieven, toonde aan dat het verwijderen van dit "sorterende" polymeer uit een voorbeeldige dunne film van SWNCT de thermo-elektrische eigenschappen verbeterde.

Het nieuwste artikel onthulde dat het verwijderen van polymeren uit alle SWCNT-uitgangsmaterialen diende om de thermo-elektrische prestaties te verbeteren en te leiden tot verbeteringen in de manier waarop ladingsdragers door de halfgeleider bewegen. Het artikel toonde ook aan dat dezelfde SWCNT-dunne film identieke prestaties bereikte wanneer gedoteerd met positieve of negatieve ladingsdragers. Deze twee soorten materiaal, de p-type en de n-type benen genoemd, respectievelijk nodig zijn om voldoende stroom te genereren in een thermo-elektrisch apparaat. Halfgeleidende polymeren, een ander zwaar bestudeerd organisch thermo-elektrisch materiaal, produceren doorgaans n-type materialen die veel slechter presteren dan hun p-type tegenhangers. Het feit dat dunne films van SWCNT p-type en n-type poten van hetzelfde materiaal kunnen maken met identieke prestaties, betekent dat de elektrische stroom in elke poot inherent gebalanceerd is, wat de fabricage van een apparaat zou moeten vereenvoudigen. De best presterende materialen hadden prestatiestatistieken die de huidige state-of-the-art oplossing-verwerkte halfgeleidende polymeer organische thermo-elektrische materialen overtreffen.

"We zouden het apparaat eigenlijk uit één materiaal kunnen maken, "Zei Ferguson. "In traditionele thermo-elektrische materialen moet je een stuk van het p-type nemen en een stuk van het n-type en die vervolgens in een apparaat samenvoegen."