Een grote verscheidenheid aan draagbare en draagbare elektronica is een groot deel van ons dagelijks leven geworden, dus vroeg een groep onderzoekers van Stanford University zich af of deze konden worden aangedreven door elektriciteit te oogsten uit de afvalwarmte die overal om ons heen bestaat.

Verdere inspiratie kwam van de wens om uiteindelijk energieomzettende apparaten te fabriceren van dezelfde materialen als de actieve apparaten zelf, zodat ze als integraal onderdeel van het totale systeem kunnen worden geïntegreerd. Vandaag, de voedingen van veel biomedische nanodevices zijn afkomstig van verschillende soorten batterijen die moeten worden gescheiden van het actieve deel van de systemen, wat niet ideaal is.

In Technische Natuurkunde Brieven , de onderzoekers rapporteren het ontwerp en de fabricage van enkelwandige koolstof nanobuis thermo-elektrische apparaten op flexibele polyimidesubstraten als basis voor draagbare energieomzetters.

"Koolstofnanobuisjes zijn eendimensionale materialen, bekend om zijn goede thermo-elektrische eigenschappen, wat betekent dat er een spanning over wordt ontwikkeld in een temperatuurgradiënt, " zei Eric Pop, een professor in de elektrotechniek en materiaalkunde. "De uitdaging is dat koolstofnanobuisjes ook een hoge thermische geleidbaarheid hebben, wat betekent dat het moeilijk is om een ​​thermische gradiënt over hen te handhaven, en het was moeilijk om ze tegen lage kosten in thermo-elektrische generatoren te assembleren."

De groep gebruikt geprinte koolstofnanobuisjes om beide uitdagingen aan te gaan.

"Bijvoorbeeld, koolstof nanobuis spaghetti-netwerken hebben een veel lagere thermische geleidbaarheid dan koolstof nanobuisjes alleen genomen, door de aanwezigheid van knooppunten in de netwerken, die de warmtestroom blokkeren, " zei pap. "Ook, het direct printen van dergelijke koolstofnanobuisnetwerken kan hun kosten aanzienlijk verlagen wanneer ze worden opgeschaald."

Thermo-elektrische apparaten wekken lokaal elektrische stroom op "door restwarmte van persoonlijke apparaten te hergebruiken, huishoudelijke apparaten, voertuigen, commerciële en industriële processen, computerservers, in de tijd variërende zonneverlichting, en zelfs het menselijk lichaam, " zei Hye Ryoung Lee, hoofdauteur en een onderzoekswetenschapper.

"Om belemmeringen voor grootschalige toepassing van thermo-elektrische materialen te elimineren - toxiciteit, materiaalschaarste, mechanische brosheid - koolstofnanobuisjes bieden een uitstekend alternatief voor andere veelgebruikte materialen, ' zei Leen.

De benadering van de groep toont een pad naar het gebruik van koolstofnanobuisjes met bedrukbare elektroden op flexibele polymeersubstraten in een proces waarvan verwacht wordt dat het economisch is voor productie van grote volumes. Het is ook "groener" dan andere processen, omdat water als oplosmiddel wordt gebruikt en extra doteermiddelen worden vermeden.

Flexibele en draagbare energieoogstmachines kunnen worden ingebed in stoffen of kleding of op ongebruikelijke vormen en vormfactoren worden geplaatst.

"In tegenstelling tot, traditionele thermo-elektrische materialen die afhankelijk zijn van bismuttelluride zijn broos en stijf, met beperkte toepassingen, " zei Pop. "Op koolstof gebaseerde thermo-elektriciteit is ook milieuvriendelijker dan die op basis van zeldzame of giftige materialen zoals bismut en tellurium."

Het belangrijkste concept in het werk van de groep is om "energie zoveel mogelijk te recyclen, ongelijkmatige warmteverdeling omzetten in elektrische energie voor gebruik voor de volgende bedrijfscyclus, die we hebben aangetoond door gebruik te maken van niet-toxische op nanobuisjes gebaseerde thermo-elektrische generatie, " zei Yoshio Nishi, hoogleraar elektrotechniek. "Dit concept past volledig in het streven van de wereld om ons totale energieverbruik te verminderen."