Le mantra 'réduire, réutilisation, recycler» est de plus en plus pertinent. Chaque année, de grandes quantités d'énergie qui pourraient être captées et réutilisées sont perdues par la chaleur résiduelle. Maintenant, Les scientifiques d'A*STAR ont démontré, par des calculs théoriques, qu'il peut être possible de fabriquer des polymères organiques thermoélectriques capables de convertir la chaleur en énergie électrique avec un rendement élevé.

Les matériaux thermoélectriques (TE) fonctionnent en répondant aux différences de température, amener les porteurs de charge électrique à s'écouler du côté chaud vers le côté froid du matériau. Les matériaux TE sont déjà utilisés pour alimenter le froid, et pour une production d'électricité limitée. Un matériau TE efficace doit avoir une conductivité électrique élevée, faible conductivité thermique, et un « coefficient Seebeck » élevé – la tension générée par degré de différence de température à travers le matériau. Cependant, il est rare qu'un matériau remplisse toutes ces conditions, ce qui signifie que les matériaux TE existants sont limités en efficacité.

« Une façon d'améliorer les performances de TE est d'utiliser le dopage, ajouter certains produits chimiques au matériau pour améliorer sa conductivité électrique en augmentant les concentrations de porteurs de charge, " dit Shuo-Wang Yang, à l'Institut de calcul haute performance d'A*STAR, qui dirigeait l'équipe. "Toutefois, le dopage peut également interférer avec la stabilité et les performances des matériaux, et trouver un dopant qui fonctionne efficacement est un défi. L'identification des matériaux TE qui fonctionnent sans dopage pourrait transformer la récupération d'énergie."

L'équipe a concentré son attention sur les polymères de coordination à squelette linéaire, des structures contenant des ions métalliques liés par des ligands, qui peuvent être construits en laboratoire selon des conceptions spécifiques. Ces polymères présentent de nombreux avantages par rapport aux matériaux TE inorganiques classiques; ils sont souples, ont une faible conductivité thermique et sont compatibles avec les organismes biologiques. Cependant, ils ont une faible conductivité électrique - un défi que Yang et ses collègues ont essayé de surmonter dans leur recherche théorique.

"Basé sur la dynamique moléculaire du premier principe et l'optimisation de la structure, nous avons identifié un polymère appelé poly(nickel-éthylènetétrathiolate) et trois analogues associés qui démontrent des comportements intrinsèquement métalliques et une conductivité électrique élevée, " dit Yang. " C'est passionnant car cela suggère que ces polymères sont des matériaux TE potentiels sans dopant. "

Les analyses de l'équipe suggèrent que ce comportement métallique provient de la formation de interactions moléculaires non liantes entre les atomes de soufre ou de sélénium au sein des structures polymères. Ces interactions renforcent les forces entre les atomes, en diminuant les bandes interdites électroniques et en encourageant le flux de charge électrique.

"Xu Jianwei, Kédar Hippalgaonkar, et leurs équipes de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering synthétisent désormais ces polymères, " dit Yang. " Ces matériaux sont très prometteurs, en particulier dans les applications de récupération de chaleur perdue et de réfrigération proche de la température ambiante."