Les nanotubes de carbone tissés dans des fibres filiformes et cousus dans des tissus deviennent un générateur thermoélectrique qui peut transformer la chaleur du soleil ou d'autres sources en énergie. Crédit :Jeff Fitlow
Des nanotubes de carbone invisiblement petits alignés sous forme de fibres et cousus dans des tissus deviennent un générateur thermoélectrique qui peut transformer la chaleur du soleil ou d'autres sources en énergie.
Le laboratoire du physicien Junichiro Kono de l'Université Rice a mené un effort avec des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo et du Carbon Hub à base de Rice pour fabriquer des fibres de nanotubes personnalisées et tester leur potentiel pour des applications à grande échelle.
Leurs expériences à petite échelle ont conduit à une amélioration de la fibre, tissu de coton souple qui transforme la chaleur en suffisamment d'énergie pour alimenter une LED. Avec le développement ultérieur, ils disent que ces matériaux pourraient devenir des blocs de construction pour l'électronique des fibres et des textiles et la récupération d'énergie.
Les mêmes fibres de nanotubes pourraient également être utilisées comme dissipateurs thermiques pour refroidir activement les composants électroniques sensibles avec un rendement élevé.
Un article sur le projet paraît dans Communication Nature .
L'effet semble simple :si une face d'un matériau thermoélectrique est plus chaude que l'autre, il produit de l'énergie. La chaleur peut provenir du soleil ou d'autres appareils comme les plaques chauffantes utilisées dans l'expérience sur le tissu. Inversement, l'ajout d'énergie peut inciter le matériau à refroidir le côté le plus chaud.
Jusqu'à maintenant, aucun assemblage macroscopique de nanomatériaux n'a affiché le "facteur de puissance géant" nécessaire, " environ 14 milliwatts par mètre kelvin carré, que les chercheurs de Rice ont mesuré dans les fibres de nanotubes de carbone.
"Le facteur de puissance vous indique la densité de puissance que vous pouvez obtenir d'un matériau avec une certaine différence de température et un certain gradient de température, " a déclaré Natsumi Komatsu, étudiante diplômée de Rice, auteur principal de l'article. Elle a noté que le facteur de puissance d'un matériau est un effet combiné de sa conductivité électrique et de ce que l'on appelle le coefficient Seebeck, une mesure de sa capacité à traduire les différences thermiques en électricité.
"La conductivité électrique ultra-élevée de cette fibre était l'un des attributs clés, " dit Komatsu.
La source de cette superpuissance concerne également le réglage de l'énergie de Fermi inhérente aux nanotubes, une propriété qui détermine le potentiel électrochimique. Les chercheurs ont pu contrôler l'énergie de Fermi en dopant chimiquement les nanotubes transformés en fibres par le laboratoire Rice du co-auteur et ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali, leur permettant d'ajuster les propriétés électroniques des fibres.
Alors que les fibres qu'ils ont testées ont été coupées en longueurs centimétriques, Komatsu a déclaré qu'il n'y avait aucune raison pour que les appareils ne puissent pas utiliser les excellentes fibres de nanotubes du laboratoire Pasquali qui sont enroulées en longueurs continues. "Peu importe où vous les mesurez, ils ont la même conductivité électrique très élevée, " dit-elle. " La pièce que j'ai mesurée était petite uniquement parce que mon installation n'est pas capable de mesurer 50 mètres de fibre. "
Pasquali est directeur du Carbon Hub, qui favorise l'expansion du développement des matériaux carbonés et de l'hydrogène d'une manière qui change également fondamentalement la façon dont le monde utilise les hydrocarbures fossiles.
Natsumi Komatsu, étudiante diplômée de Rice, montre un nanotube de carbone amélioré en fibre, tissu de coton souple qui transforme la chaleur en suffisamment d'énergie pour alimenter une LED. De tels générateurs thermoélectriques peuvent transformer la chaleur du soleil ou d'autres sources en énergie. Crédit :Jeff Fitlow
« Les fibres de nanotubes de carbone ont connu une croissance constante et s'avèrent avantageuses dans de plus en plus d'applications, " dit-il. " Plutôt que de gaspiller du carbone en le brûlant en dioxyde de carbone, nous pouvons le réparer comme des matériaux utiles qui ont d'autres avantages environnementaux dans la production et le transport d'électricité. »
Reste à savoir si les nouvelles recherches mènent à un panneau solaire que vous pouvez jeter dans la machine à laver, mais Kono a convenu que la technologie a un potentiel grand et varié.
Natsumi Komatsu, étudiante diplômée de l'Université Rice, tient une bobine de fibre de nanotube de carbone filiforme, la base d'un projet qui utilise les nanomatériaux pour fabriquer des générateurs thermoélectriques flexibles. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
"Les nanotubes existent depuis 30 ans, et scientifiquement, beaucoup de choses sont connues, " a-t-il dit. " Mais pour fabriquer des appareils du monde réel, nous avons besoin d'assemblages macroscopiquement ordonnés ou cristallins. Ce sont les types d'échantillons de nanotubes que le groupe de Matteo et mon groupe peuvent faire, et il y en a beaucoup, nombreuses possibilités d'applications."
Les co-auteurs de l'article sont Oliver Dewey, étudiants diplômés de Rice, Lauren Taylor et Mitchell Trafford et Geoff Wehmeyer, un professeur adjoint de génie mécanique; et Yota Ichinose, Professeur Yohei Yomogida, et le professeur Kazuhiro Yanagi de l'Université métropolitaine de Tokyo.
