Diego Rosas-Villalva a expliqué que l'équipe était surprise qu'un polymère aussi extrêmement fin soit si efficace pour améliorer la durée de vie de l'appareil. Crédit :KAUST
Un polymère précédemment utilisé pour protéger les cellules solaires peut trouver de nouvelles applications dans l'électronique grand public, révèle une équipe du KAUST étudiant des couches minces capables de convertir l'énergie thermique en électricité.
Lorsque les deux faces d'un semi-conducteur sont à des températures différentes, la migration des électrons des zones chaudes vers les zones froides peut générer un courant. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet thermoélectrique, nécessite généralement des semi-conducteurs avec des structures céramiques rigides pour maintenir la différence de chaleur entre les deux côtés. Mais la récente découverte que les polymères présentent également un comportement thermoélectrique a incité à repenser la façon d'exploiter cette méthode pour une meilleure récupération d'énergie, y compris l'incorporation dans des dispositifs portables.
Derya Baran et son équipe chez KAUST aident à concevoir des dispositifs auto-alimentés utilisant un polymère conducteur contenant un mélange de poly(3, 4-éthylènedioxythiophène) et polystyrènesulfonate (PEDOT:PSS). Relativement peu coûteux et facile à traiter pour les applications, y compris l'impression à jet d'encre, PEDOT:PSS est l'un des polymères thermoélectriques les plus performants grâce à sa capacité à absorber des additifs améliorant l'efficacité appelés dopants.
Diego Rosas-Villalva, un chercheur du groupe de Baran, explique que les films minces thermoélectriques PEDOT:PSS sont souvent exposés à des dopants sous forme d'acides forts. Ce processus élimine les chaînes PSS lâches pour améliorer la cristallinité du polymère et laisse des particules qui oxydent les chaînes PEDOT pour augmenter la conductivité électrique.
Un film mince à base de polymère développé au KAUST peut effectuer des conversions d'énergie thermoélectrique avec moins de risques de défaillance prématurée. Crédit :Diego Villalva
"Nous utilisons de l'acide nitrique car c'est l'un des meilleurs dopants pour le PEDOT, " dit Rosas-Villalva. " Cependant, il s'évapore assez facilement, et cela diminue les performances du thermoélectrique au fil du temps."
Une fois l'étape de dopage terminée, le film PEDOT:PSS doit subir une procédure inverse pour neutraliser ou "dédoper" certaines particules conductrices afin d'améliorer la production d'énergie thermoélectrique.
Diego Rosas-Villalva a expliqué que l'équipe était surprise qu'un polymère aussi extrêmement fin soit si efficace pour améliorer la durée de vie de l'appareil. Crédit :KAUST
Les dédopants typiques comprennent les hydrocarbures courts contenant des groupes amine chargés positivement. Les chercheurs du KAUST étudiaient une version polymérisée de ces chaînes amines, connue sous le nom de polyéthylèneimine éthoxylée, lorsqu'ils ont remarqué un effet remarquable, les films PEDOT:PSS dopés avec de la polyéthylèneimine ont conservé deux fois plus de puissance thermoélectrique après une semaine par rapport aux échantillons non traités.
Dans le développement de thermoélectriques à base de polymères, Le PEIE est un matériau utile pour améliorer les performances thermoélectriques et la stabilité de l'air. Crédit :Société chimique américaine
Les investigations de l'équipe ont révélé que la polyéthylèneimine était efficace pour encapsuler les films PEDOT:PSS afin d'empêcher la fuite d'acide nitrique. En outre, ce revêtement a modifié les propriétés électroniques du polymère thermoélectrique pour faciliter la récupération de l'énergie des sources, y compris la chaleur corporelle.
"Nous ne nous attendions pas à ce que ce polymère améliore la durée de vie de l'appareil, surtout parce que c'est un film si mince - moins de 5 nanomètres, " dit Villalva. " Il a déjà été incorporé dans d'autres appareils électroniques organiques, mais à peine exploré pour la thermoélectrique."
