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Wissenschaftler erstellen Low-Cost Thermoelektrische Materialien mit Nanotechnologie

Published on November 5, 2010 at 7:08 PM

Obwohl klimatisierten Auto-Kindersitze nicht in den Sinn, wenn Sie der Energieeffizienz zu denken, ist die neueste Technologie zur Unterstützung dieser Luxus-Auto-Funktion auf Thermoelektrik-Materialien, die den Strom direkt in Heiz-oder Kühlbetrieb umwandeln.

Umgekehrt kann auch Thermoelektrik Trichter überschüssige Wärme aus ineffizienten Systemen, wie Automotoren oder Kraftwerken durch die Renaturierung dieser "Abwärme" und verwandelte sie in Strom um. Als Ergebnis bieten diese Werkstoffe eine potenziell saubere Energiequelle zu Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen zu reduzieren.

Mit einfachen Wasser-Chemie zu einem Polymer, das Strom leitet um einen Nanostäbchen Tellur wickeln, ist dieses Verbundes nanoskalige thermoelektrische leicht drehen gegossen oder gedruckt in einem Film.

Derzeit ist diese thermische Energie mit hohem Wirkungsgrad, teuer thermoelektrischen Materialien umgesetzt. In Kfz-Abgasanlagen, zum Beispiel zu erholen Solid-State-Thermoelektrik Abwärme, die in eine Kraftstoffeinsparung von bis zu fünf Prozent führen kann, aber ihre hohen Kosten Bars aus, daß sie kleinere Einstellungen verwendet. Boosting diese Einsparungen durch niedrigere kostengünstige Materialien könnten einen erheblichen Einfluss bei der Stromerzeugung für Batterien oder elektronische Bauteile in Computern. Nun, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Wissenschaftler sind sich dieser Herausforderung durch "Veränderung des Budgets für die thermische Energie-Management", sagte Jeff Urban, stellvertretender Direktor des anorganischer Nanostrukturen Facility an der Molecular Foundry, ein Nano-Benutzer Anlage.

"Historisch gesehen, high-efficiency Thermoelektrik sind mit hohen Kosten, der Werkstoff-intensive Verarbeitung erforderlich", sagte Urban. "Indem sie eine Mischung aus weichen und harten Materialien mit einfachen Kolben Chemie im Wasser, haben wir eine Strecke, die respektable Effizienz bietet mit geringen Kosten für die Produktion entwickelt."

In ihrem Ansatz, Urban und Kollegen einer nanoskaligen Verbundmaterial durch Umwickeln ein Polymer, das Strom leitet um einen Nanostäbchen Tellur-Metall mit Cadmium in der heutigen kostengünstigsten Solarzellen gekoppelt ist. Dieser Verbundwerkstoff ist leicht gegossen oder in eine Folie gedruckt Spin aus einem Wasser-basierte Lösung. Zusammen mit seiner einfachen Herstellung, dieses Hybrid-Material hat auch eine thermoelektrische Gütefaktor tausende Male größer als entweder das Polymer oder Nanostäbchen allein ein entscheidender Faktor bei der Steigerung Geräteleistung.

"In den letzten Jahren haben wir enorme Gewinne in thermoelektrische Effizienz gesehen, aber es ist eine Notwendigkeit für Low-Cost-, moderate Effizienz Materialien, die leicht zu verarbeiten und Muster über große Flächen sind", sagte Rachel Segalman, eine Fakultät Wissenschaftler in Berkeley Lab und Professor für Chemische und Biomolekulare Ingenieurwissenschaften an der University of California, Berkeley. "Wir hatten eine Menge Intuition über das, was funktionieren würde den Einsatz von Polymeren und Nanokristalle, und wird nun sondieren Materialien Raum, um diese Systeme zu optimieren und Umstieg auf Erden reichlich Material."

Ein Papier Berichterstattung dieser Forschung mit dem Titel "Water-verarbeitbares Polymer-Nanokristall-Hybriden für Thermoelektrik," erscheint in Nano Letters und ist für Abonnenten online. Co-Authoring das Papier mit Stadt-und Segalman waren Kevin See, Joseph Feser, Cynthia Chen und Arun Majumdar.

Teile dieser Arbeit an der Molecular Foundry wurden von DOE Office of Science unterstützt.

Last Update: 6. October 2011 20:29

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