Les matériaux thermoélectriques peuvent convertir la chaleur perdue directement en électricité. Tommi Tynell, M.Sc., qui est doctorant à l'École de technologie chimique de l'Université Aalto, a développé des matériaux thermoélectriques hybrides qui combinent les propriétés utiles de différents types de matériaux.
Il a découvert qu'en ajoutant des couches organiques entre les couches de zinc, il est possible d'améliorer les performances des matériaux thermoélectriques. On pense également que les couches organiques ont un effet majeur sur la réduction de la conductivité thermique, ce qui serait très utile dans les matériaux thermoélectriques.
« Développer des matériaux thermoélectriques plus performants est un enjeu majeur, car les propriétés physiques qui affectent les performances des matériaux ne sont pas indépendantes les unes des autres. L'optimisation d'un matériau est très difficile, car au fur et à mesure que vous améliorez une fonctionnalité, d'autres propriétés peuvent se détériorer en même temps, " dit Tynell.
Le plus grand obstacle à une large utilisation des générateurs thermoélectriques est le faible rendement des matériaux thermoélectriques actuellement connus. En outre, les meilleurs composés existants ne résistent pas aux températures élevées requises et contiennent souvent des éléments rares et nocifs.
Matériaux respectueux de l'environnement
Dans sa recherche doctorale, Tynell a ajouté couche après couche de structures nanométriques, examiner leur formation à l'aide d'appareils à rayons X et infrarouges. Dans la recherche, des films minces d'oxyde de zinc ont été utilisés, parce que l'oxyde de zinc est l'un des matériaux d'oxyde thermoélectrique les plus prometteurs. Les matériaux oxydés sont respectueux de l'environnement et leur disponibilité n'est pas un problème. On pense qu'ils joueront un rôle important dans le développement futur des technologies énergétiques durables.
Tynell a combiné le dépôt de couche atomique et le dépôt de couche moléculaire et a ainsi réussi à fabriquer un super-réseau hybride composé de composés organiques et inorganiques. Le dépôt de couche atomique est un processus de nanofabrication contrôlé avec une extrême précision. Le procédé a été utilisé pour produire des nanostructures en couches d'une centaine de nanomètres d'épaisseur, avec des couches organiques extrêmement minces alternant avec des couches inorganiques plus épaisses. Trois matières premières différentes ont été utilisées pour la substance organique :l'hydroquinone, 4-aminophénol et 4, 4'-oxydianiline. Toutes les molécules organiques testées se sont avérées influencer les propriétés thermoélectriques du film mince d'oxyde de zinc.
"Bien que les structures des matériaux de départ soient assez similaires, la taille de l'effet était assez variable selon le matériau source. L'hydroquinone était la plus applicable des trois, parce qu'il formait le plus facilement les structures désirées."
Recherche unique
Tommi Tynell a fait sa thèse de doctorat dans le groupe de recherche du professeur de l'Académie Maarit Karppinen. Karppinen et son équipe étudient les matériaux thermoélectriques depuis une douzaine d'années. La recherche du groupe est unique dans la mesure où il est rare d'utiliser des matériaux hybrides dans la recherche thermoélectrique. Seuls quelques groupes de recherche dans le monde se concentrent actuellement sur l'étude des propriétés des matériaux hybrides. En utilisant la récupération d'énergie thermoélectrique, il sera possible de réduire notre dépendance aux sources d'énergie traditionnelles. La chaleur résiduelle inexploitée est disponible partout. Par exemple, il est produit dans les processus industriels et les ménages, et les pots d'échappement des voitures produisent également de la chaleur perdue. Les recherches de Tommi Tynell sont un pas vers la possibilité de tirer parti de la chaleur qui disparaît actuellement dans l'air.
