Une grande variété d'appareils électroniques portables et portables sont devenus une grande partie de notre vie quotidienne, Ainsi, un groupe de chercheurs de l'Université de Stanford s'est demandé si ceux-ci pouvaient être alimentés en récupérant de l'électricité à partir de la chaleur résiduelle qui existe tout autour de nous.

Une autre inspiration est venue du désir de fabriquer à terme des dispositifs de conversion d'énergie à partir des mêmes matériaux que les dispositifs actifs eux-mêmes, afin qu'ils puissent s'intégrer en tant que partie intégrante du système total. Aujourd'hui, les alimentations de nombreux nanodispositifs biomédicaux proviennent de plusieurs types de batteries qu'il faut séparer de la partie active des systèmes, ce qui n'est pas idéal.

Dans Lettres de physique appliquée , les chercheurs rapportent la conception et la fabrication de dispositifs thermoélectriques à nanotubes de carbone à paroi unique sur des substrats flexibles en polyimide comme base pour des convertisseurs d'énergie portables.

"Les nanotubes de carbone sont des matériaux unidimensionnels, connu pour ses bonnes propriétés thermoélectriques, ce qui signifie développer une tension à leurs bornes dans un gradient de température, " a déclaré Eric Pop, professeur de génie électrique et de science des matériaux. "Le défi est que les nanotubes de carbone ont également une conductivité thermique élevée, ce qui signifie qu'il est difficile de maintenir un gradient thermique à travers eux, et il a été difficile de les assembler en générateurs thermoélectriques à faible coût."

Le groupe utilise des réseaux de nanotubes de carbone imprimés pour relever ces deux défis.

"Par exemple, les réseaux spaghetti de nanotubes de carbone ont une conductivité thermique beaucoup plus faible que les nanotubes de carbone pris seuls, en raison de la présence de jonctions dans les réseaux, qui bloquent le flux de chaleur, " dit Pop. " Aussi, l'impression directe de tels réseaux de nanotubes de carbone peut réduire considérablement leur coût lorsqu'ils sont mis à l'échelle. »

Les appareils thermoélectriques produisent de l'énergie électrique localement "en réutilisant la chaleur résiduelle des appareils personnels, appareils électroménagers, Véhicules, procédés commerciaux et industriels, serveurs informatiques, éclairage solaire variable dans le temps, et même le corps humain, " a déclaré Hye Ryoung Lee, auteur principal et chercheur scientifique.

« Éliminer les obstacles à l'application à grande échelle de matériaux thermoélectriques :toxicité, rareté des matériaux, fragilité mécanique - les nanotubes de carbone offrent une excellente alternative aux autres matériaux couramment utilisés, " dit Lee.

L'approche du groupe montre une voie vers l'utilisation de nanotubes de carbone avec des électrodes imprimables sur des substrats polymères flexibles dans un processus qui devrait être économique pour la fabrication en grand volume. Il est également plus "vert" que d'autres procédés, car l'eau est utilisée comme solvant et les dopants supplémentaires sont évités.

Les récupérateurs d'énergie flexibles et portables peuvent être intégrés dans des tissus ou des vêtements ou placés sur des formes et des facteurs de forme inhabituels.

"En revanche, les thermoélectriques traditionnels qui reposent sur le tellurure de bismuth sont cassants et rigides, avec des applications limitées, " a déclaré Pop. "Les thermoélectriques à base de carbone sont également plus respectueux de l'environnement que ceux à base de matériaux rares ou toxiques comme le bismuth et le tellure."

Le concept le plus important dans le travail du groupe est de "recycler l'énergie autant que possible, convertir la distribution de chaleur inégale en énergie électrique à utiliser pour le prochain cycle de fonctionnement, ce que nous avons démontré en utilisant une génération thermoélectrique non toxique à base de nanotubes, " a déclaré Yoshio Nishi, un professeur de génie électrique. "Ce concept est en pleine alliance avec l'objectif mondial de réduire notre consommation totale d'énergie."