Wat als u eenvoudig een dunne laag materiaal zou kunnen printen - voor gebruik overal - waarmee u flexibele energieoogstmachines of -koelers kunt maken? Dat kan binnenkort een feit zijn.

Thermo-elektrische conversie is een solid-state en milieuvriendelijke energieconversietechnologie met brede toepassingen, waaronder solid-state koeling, energiewinning en terugwinning van restwarmte.

Flexibele thermo-elektrische apparaten zijn vooral aantrekkelijk voor het terugwinnen van restwarmte langs geprofileerde oppervlakken en voor toepassingen voor het oogsten van energie om sensoren van stroom te voorzien, biomedische apparaten en draagbare elektronica - een gebied dat een exponentiële groei doormaakt. Echter, goedkoop verkrijgen, flexibele en efficiënte thermo-elektrische materialen zijn uiterst moeilijk vanwege de vele materialen en fabricage-uitdagingen.

In het werk onder leiding van professor Yanliang Zhang aan de Boise State University, hoogwaardige en goedkope flexibele thermo-elektrische films en apparaten werden vervaardigd door een innovatief zeefdrukproces dat directe omzetting van nanokristallen in flexibele thermo-elektrische apparaten mogelijk maakt.

De precieze controle van de vorm en oppervlaktechemie van de beginnende nanokristallen en de optimalisatie van het nano-inkt- en zeefdrukproces zijn de belangrijkste factoren die leiden tot ongekende prestaties in de bedrukte thermo-elektrische materialen.

De krant over dit werk, "Hoogwaardige en flexibele thermo-elektrische films door zeefdrukoplossing verwerkte nanoplaatkristallen, " is gepubliceerd op de Wetenschappelijke rapporten website. De samenwerking met hightech startup ThermoAura, gericht op nanokristalsynthese, ook bijgedragen aan het succes van dit werk.

Op basis van een initiële kostenanalyse, de gezeefdrukte films kunnen thermo-elektrische apparaten realiseren tegen 2-3 cent per watt, een orde van grootte lager dan de huidige state-of-the-art commerciële apparaten. Een dergelijke kostenverlaging zou thermo-elektriciteit tot een zeer concurrerende technologie voor energieconversie maken die de grotendeels onderontwikkelde markten voor de terugwinning van restwarmte enorm zou kunnen openen.

Deze additieve printmethode is niet alleen gunstig voor thermo-elektriciteit, maar ook resulteren in een disruptieve productiebenadering voor andere elektronische apparaten en energieconversie- of opslagtechnologieën met ultralage kosten en flexibiliteit.

Zhangs visie op het combineren van additive manufacturing en geavanceerde energietechnologie om grote technologische doorbraken mogelijk te maken, is ook erkend door een grote federale financieringsinstantie. Hij ontving onlangs een infrastructuurprijs van het Amerikaanse ministerie van Energie om te investeren in geavanceerde apparatuur voor additief printen en om state-of-the-art additive manufacturing-capaciteiten op te zetten in Boise State.

Met deze nieuwe mogelijkheid kunnen studenten baanbrekend onderzoek doen naar additive manufacturing en hun toepassingen op printsensoren, flexibele elektronica en energieconversie- en opslagsystemen.