Une équipe de recherche, dirigée par Masakazu Nakamura de l'Institut des sciences et technologies de Nara (NAIST), au Japon, a également travaillé sur des générateurs thermoélectriques portables flexibles qui produisent de l'électricité à partir de la chaleur corporelle en cousant des nanomatériaux appelés nanotubes de carbone (CNT) dans du tissu.

Les matériaux thermoélectriques (TE) efficaces se caractérisent par une conductivité électrique élevée permettant un courant électrique élevé et un coefficient Seebeck élevé générant une tension par différence de température. Les NTC répondent à la plupart de ces exigences. Leur flexibilité et leur haute résistance mécanique les rendent également prometteurs pour diverses applications TE. Cependant, la conductivité thermique élevée des NTC limite leurs performances TE.

Pour réduire leur conductivité thermique, les NTC sont dispersés dans une solution où ils peuvent être combinés avec d'autres matériaux. Cette dispersion est ensuite filée en fils CNT à l'aide d'un procédé de filage humide. Cependant, les méthodes de dispersion conventionnelles enchevêtrent souvent les filaments de NTC d'une épaisseur nanométrique, ce qui réduit leur conductivité électrique et leurs performances thermoélectriques.

Cependant, dans une étude publiée dans ACS Applied Nano Materials , Nakamura, ainsi qu'un doctorat. L'étudiant Anh N. Nguyen et d'autres membres également du NAIST présentent une nouvelle méthode de dispersion des NTC. En utilisant le glycérol comme dispersant et l'éther stéarylique du polyoxyéthylène (50) comme tensioactif (une substance utilisée pour améliorer les propriétés d'étalement et de mouillage d'un liquide), les chercheurs ont obtenu un fil de NTC avec des faisceaux de NTC alignés.

"Nous introduisons une méthode peu coûteuse, rapide et respectueuse de l'environnement pour le développement de dispositifs thermoélectriques portables flexibles et de type tissu", explique Nakamura.

Le glycérol est très visqueux, ce qui en fait un excellent milieu pour disperser uniformément les NTC, tandis que le tensioactif empêche les NTC de s'agglomérer dans la dispersion. Les tensioactifs contenant des groupes oxyéthylène entravent également le transfert de chaleur en s'infiltrant entre les faisceaux de NTC.

La concentration en tensioactif est cruciale, car elle influence à la fois la conductivité thermique et électrique de la dispersion de NTC. Après avoir testé les propriétés des NTC à différentes concentrations de tensioactifs (3 %, 4 % et 5 %), les chercheurs ont découvert qu'une concentration de 3 % de tensioactif, combinée à une solution contenant du glycérol et des NTC, donnait les meilleurs résultats. Le processus, qui n'a pris que trois heures et a utilisé des produits chimiques respectueux de l'environnement, a produit du fil CNT avec des faisceaux de CNT de huit nm de diamètre hautement alignés avec un tensioactif entre eux.

L'alignement des NTC augmente généralement la conductivité électrique et thermique. Cependant, en plaçant des molécules de tensioactif entre des faisceaux de NTC, les chercheurs ont pu supprimer le transport de chaleur. Les fils CNT avaient un facteur de puissance de 242 μW m ⁻¹ K ⁻² (performance réfléchissante) trois fois supérieure à celle des fils CNT précédemment obtenus à partir de méthodes utilisant des liquides ioniques comme dispersants.

"La clé de la haute performance est de démêler l'enchevêtrement du matériau brut des NTC et d'augmenter le degré d'orientation des NTC lorsqu'ils sont filés à partir de la dispersion", explique Nakamura.

Ainsi, la nouvelle approche proposée est prometteuse pour améliorer les performances thermoélectriques des matériaux CNT, des fils aux films et structures en vrac.