Des scientifiques du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie ont signalé des progrès significatifs dans les performances thermoélectriques des semi-conducteurs organiques à base de films minces de nanotubes de carbone qui pourraient être intégrés dans des tissus pour convertir la chaleur résiduelle en électricité ou servir de petite source d'énergie.

La recherche démontre un potentiel important pour les nanotubes de carbone à paroi simple semi-conducteurs (SWCNT) en tant que matériau principal pour les générateurs thermoélectriques efficaces, plutôt que d'être utilisé comme composant dans un matériau thermoélectrique "composite" contenant, par exemple, nanotubes de carbone et un polymère. La découverte est décrite dans le nouveau Sciences de l'énergie et de l'environnement papier, Grands facteurs de puissance thermoélectrique de type n et p à partir de films minces de nanotubes de carbone à simple paroi semi-conducteurs dopés.

« Il y a des avantages inhérents à faire les choses de cette façon, " a déclaré Jeffrey Blackburn, un scientifique principal au centre de science et technologie chimique et des matériaux du NREL et co-auteur principal de l'article avec Andrew Ferguson. Ces avantages incluent la promesse de semi-conducteurs traités en solution qui sont légers, flexibles et peu coûteux à fabriquer. Les autres auteurs du NREL sont Bradley MacLeod, Rachelle Ihly, Zbyslaw Owczarczyk, et Katherine Hurst. Les auteurs du NREL ont également fait équipe avec des collaborateurs de l'Université de Denver et des partenaires d'International Thermodyne, Inc., basé à Charlotte, NC.

Ferguson, également chercheur principal au centre de science et technologie de la chimie et des matériaux, a déclaré que l'introduction de SWCNT dans les tissus pourrait remplir une fonction importante pour l'électronique personnelle "portable". En captant la chaleur corporelle et en la convertissant en électricité, le semi-conducteur pourrait alimenter des appareils électroniques portables ou des capteurs intégrés dans les vêtements.

Blackburn et Ferguson ont publié l'année dernière deux articles sur les SWCNT, et la nouvelle recherche s'appuie sur leurs travaux antérieurs. Le premier papier, en Énergie Naturelle, ont montré le potentiel des SWCNT pour les applications thermoélectriques, mais les films préparés dans cette étude ont retenu une grande quantité de polymère isolant. Le deuxième papier, dans ACS Energy Letters, ont démontré que le retrait de ce polymère de « tri » d'un exemple de film mince SWNCT améliorait les propriétés thermoélectriques.

Le dernier article a révélé que l'élimination des polymères de tous les matériaux de départ SWCNT servait à améliorer les performances thermoélectriques et à améliorer la façon dont les porteurs de charge se déplacent dans le semi-conducteur. L'article a également démontré que le même film mince SWCNT obtenait des performances identiques lorsqu'il était dopé avec des porteurs de charge positifs ou négatifs. Ces deux types de matériaux, appelés pattes de type p et de type n, respectivement - sont nécessaires pour générer une puissance suffisante dans un dispositif thermoélectrique. Polymères semi-conducteurs, un autre matériau thermoélectrique organique fortement étudié, produisent généralement des matériaux de type n qui fonctionnent bien moins bien que leurs homologues de type p. Le fait que les films minces SWCNT puissent fabriquer des jambes de type p et de type n à partir du même matériau avec des performances identiques signifie que le courant électrique dans chaque jambe est intrinsèquement équilibré, ce qui devrait simplifier la fabrication d'un dispositif. Les matériaux les plus performants avaient des métriques de performance qui dépassent les matériaux thermoélectriques organiques polymères semi-conducteurs traités en solution à la pointe de la technologie.

"Nous pourrions en fait fabriquer l'appareil à partir d'un seul matériau, " a déclaré Ferguson. " Dans les matériaux thermoélectriques traditionnels, vous devez prendre une pièce de type p et une pièce de type n, puis les assembler dans un appareil. "