به گزارش بازار، محققان ژاپنی یک دستگاه ترموالکتریک یا آلی ساخته اند که می تواند در دمای اتاق برق تولید کند. دستگاه های ترموالکتریک امروزه کاربردهای زیادی دارند، اما موانعی برای استفاده کامل از آنها وجود دارد. این دستگاه جدید با استفاده از قابلیت های منحصر به فرد مواد آلی، برق را در دمای اتاق بدون نیاز به گرادیان دما تولید می کند.
دستگاه های ترموالکتریک یا ژنراتورهای ترموالکتریک، مجموعه ای از مواد الکتریسیته هستند که گرما را در حضور گرادیان دما (شرایطی که یک طرف دستگاه سرد و طرف دیگر گرم است) به الکتریسیته تبدیل می کنند. این دستگاه ها به دلیل توانایی تولید الکتریسیته از انرژی تلف شده سایر دستگاه ها موضوع تحقیقات زیادی قرار گرفته اند.
معروف ترین کاربرد ژنراتورهای ترموالکتریک در کاوشگرهای فضایی مانند مریخ نورد کنجکاوی و فضاپیمای وویجر بوده است. این ماشین ها الکتریسیته خود را از ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپ به دست می آورند، جایی که گرمای ایزوتوپ های رادیواکتیو گرادیان دمایی لازم برای تولید الکتریسیته را فراهم می کند.
اما به دلیل مشکلاتی مانند هزینه تولید بالا، استفاده از مواد خطرناک، راندمان انرژی پایین و نیاز به دماهای نسبتاً بالا، دستگاه های ترموالکتریک کاربرد زیادی ندارند.
محققان در مطالعه فعلی، از دانشگاه کیوشو در ژاپن، به دنبال راه‌هایی برای ساخت دستگاه‌های ترموالکتریک بودند که در دمای اتاق برق تولید می‌کنند. آنها بر روی ترکیبات آلی تمرکز کردند که به سادگی انرژی را بین خود انتقال می دهند. یکی از نمونه‌های خوب کاربرد این مواد آلی، فناوری‌های OLED و سلول‌های خورشیدی آلی هستند.
تصویر شماتیک از لایه های دستگاه ترموالکتریک دانشمندان.
وسیله ای ترموالکتریک که در دمای اتاق الکتریسیته تولید می کند.
کلید کار دانشمندان، یافتن ترکیباتی بود که در انتقال بار از طریق رابط ها به خوبی کار می کنند. یعنی به دنبال موادی بودند که به سادگی بین خود الکترون مبادله کنند. پس از آزمایش مواد مختلف، تیم تحقیقاتی دو ترکیب مناسب پیدا کردند: فتالوسیانین مس (CuPc) و هگزا-دکا-فلورو مس فتالوسیانین (F16CuPc).
آنها همچنین از فولرن ها و باتوکوپروئین (BCP) برای بهبود ظرفیت ترموالکتریک این رابط جدید استفاده کردند. این مواد حرکت الکترون ها را تسهیل می کنند و افزودن آنها به طور قابل توجهی قدرت دستگاه را افزایش می دهد. سرانجام، دانشمندان به دستگاهی بهینه رسیدند که شامل یک لایه 180 نانومتری CuPc، یک لایه 320 نانومتری F16CuPc، یک پوشش فلورن 20 نانومتری و یک پوشش BCP 20 نانومتری بود.
این دستگاه بهینه دارای ولتاژ مدار باز 384 میلی ولت، چگالی جریان مدار بسته 1.1 μA/cm2 و حداکثر خروجی 94 نانووات بر سانتی متر مربع بود. علاوه بر این، تمام این نتایج در دمای اتاق بدون استفاده از گرادیان دما به دست آمد.
در سال های اخیر پیشرفت قابل توجهی در توسعه دستگاه های ترموالکتریک حاصل شده است و این دستگاه آلی جدید که در دمای اتاق الکتریسیته تولید می کند، بدون شک منجر به پیشرفت های بیشتر در این زمینه خواهد شد.
دانشمندان قصد دارند به کار بر روی دستگاه ادامه دهند و ببینند که آیا می توانند آن را با مواد مختلف بهینه کنند. آنها حتی می توانند با افزایش مساحت دستگاه به چگالی جریان بالاتری دست یابند، چیزی که برای مواد آلی بی سابقه است. این دستاورد نشان دهنده قابلیت های شگفت انگیزی است که مواد آلی دارند.
محققان نتایج کار خود را در مجله منتشر کردند. ارتباطات طبیعت منتشر کرده اند
