گروهی از محققان آمریکایی توانسته‌اند با بهره‌گیری از یک ماده هیبریدی ساخته شده از یک پلیمر و نانومیله‌ها، یک ماده ترموالکتریک ارزان با کارایی متوسط تولید کنند.
تولید مواد ترموالکتریک ارزان
زمانی که درباره افزایش بهره‌وری انرژی فکر می‌کنید، آخرین چیزی که ممکن است به ذهن شما برسد، یک صندلی خودرو است که دما را کنترل می‌کند. با این حال گروهی از محققان آمریکایی بر اساس یک ماده ترموالکتریک چنین فناوری را ابداع کرده‌اند. ماده ترموالکتریک ماده‌ای است که الکتریسیته را به‌طور مستقیم به گرما یا سرما تبدیل می‌کند. این مواد همچنین می‌توانند برعکس عمل کرده و گرمای اضافی ناشی از مثلا احتراق موتور را به الکتریسیته تبدیل کنند. بنابراین فرصت خوبی برای کاهش مصرف انرژی و تولید گاز CO2 ایجاد می‌کنند.
در حال حاضر این گرمای اضافی با استفاده از مواد بسیار کارا و در عین حال گران ترموالکتریک به الکتریسیته تبدیل می‌شود. به‌عنوان مثال مواد ترموالکتریک حالت جامد در اگزوز خودرو حرارت اضافی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و تا ۵ درصد مصرف سوخت را کاهش می‌دهند؛ با این حال به دلیل هزینه بالای این مواد، استفاده از آنها در سیستم‌های مقیاس کوچک‌تر عملی نیست. تولید مواد ترموالکتریک ارزان‌تر می‌تواند تأثیر زیادی روی تولید انرژی در باتری‌ها یا قطعات الکتریکی رایانه‌ها داشته باشد.
حال جف اوربان، از آزمایشگاه ملی لورنس برکلی همراه با همکارانش تلاش کرده‌اند این مشکل را با «تغییر بودجه مدیریت انرژی حرارتی» رفع نمایند. آنها از طریق پیچیدن یک پلیمر رسانا به دور نانومیله‌های تلوریم، یک ماده کامپوزیتی نانومقیاس ساخته‌اند. این ماده کامپوزیتی را می‌توان به‌راحتی به‌روش چرخشی قالب‌گیری کرده و یا با استفاده از یک محلول آبی آن را به شکل یک فیلم نازک چاپ کرد. علاوه بر ارزان بودن و سادگی تولید، ویژگی ترموالکتریکی این ماده کامپوزیتی هزاران برابر بهتر از ویژگی ترموالکتریکی نانومیله یا پلیمر به تنهایی است.
ریچل سگالمن، یکی از دانشمندان آزمایشگاه برکلی می‌گوید: «در سال‌های اخیر شاهد دستاوردهای بزرگی در زمینه بهره تبدیل مواد ترموالکتریکی بوده‌ایم، اما نیاز به مواد با بهره تبدیل متوسط و قیمت پایین که فراوری و الگودهی آنها در مقیاس وسیع آسان باشد، احساس می‌شد. ما دانش زیادی در زمینه پلیمرها و نانوبلورها داریم و تلاش خواهیم کرد تا این سیستم را بهینه کرده و از عناصر فراوان‌تر استفاده کنیم».
بخشی از هزینه این کار توسط دفتر علوم وزارت انرژی آمریکا تأمین شده است. جزئیات این کار در مقاله‌ای با عنوان:
“Water-processable polymer-nanocrystal hybrids for thermoelectrics”
در مجله Nano Letters منتشر شده است.
