نانوژنراتوری که از گرما، برق تولید می‌کند

تحقیق جدیدی که اخیرا توسط آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) انجام شده است نشان می‌دهد که یک فیلم نازک نانولوله کربنی می‌تواند به عنوان ژنراتور برق ترموالکتریک عمل کرده و گرمای اضافی را به برق تبدیل کند. توانایی تبدیل حرارت به الکتریسیته بسیار مهم است، زیرا بیش از نصف انرژی مصرفی در جهان به صورت حرارت هدر می‌رود. اندرو فرگوسن، یکی از محققان مرکز علوم مواد و ترکیبات شیمیایی در NREL برخی از چالش‌های پیش روی ژنراتورهای ترموالکتریک را توضیح می‌دهد.
«چالش بزرگ ترموالکتریک‌های آلی، از جمله ترموالکتریک‌های حاوی نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره، پایه نوع n است که در طراحی ژنراتورهای ترموالکتریک مورد نیاز می‌باشد. نیمه‌رساناهای آلی دُپ شده نوع n به طور معمول پایداری کمتری نسبت به نیمه‌رساناهای مشابه نوع p دارند. این چالش برای هر کاربرد الکترونیکی دیگری که از نیمه‌رساناهای آلی بهره می‌برد، وجود دارد».
«چالش بزرگ دیگر مقایسه ویژگی‌های انتقالی درون یک صفحه ماده و ارائه مقادیر ZT (معیاری برای عملکرد ترموالکتریک‌ها) است که بر اساس آن، انتقال حرارتی در یک صفحه مشابه به عنوان رسانایی الکتریکی و توان حرارتی اندازه‌گیری می‌شود. ما این کار را در این مطالعه انجام داده و در حال حاضر روی روش‌های کاهش بیشتر رسانایی حرارتی درون-صفحه‌ای کار می‌کنیم».
«معماری ژنراتور ترموالکتریک چالش دیگری برای ترموالکتریک‌های آلی به شمار می‌رود. ابزارهای حاوی نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره در این زمینه حتی با چالش بزرگ‌تری مواجه هستند، زیرا این نانوساختارها دارای رسانایی به شدت آنیزوتروپیک می‌باشند. در سال‌های آینده تحقیقات زیادی روی معماری مناسب انواع مختلف ابزارهای ترموالکتریک آلی صورت خواهد گرفت. در این زمینه جنبه‌های مختلفی باید مورد توجه قرار بگیرند:
• به طور معمول مواد ترموالکتریک آلی به شکل فیلم نازک ساخته می‌شوند و نیاز به روش‌های جدیدی برای معماری مناسب ابزارها دارند؛
• معماری‌های غیرمعمول به راهکارهای خلاقانه‌ای برای ساخت چندین پایه نوع n و p که در ژنراتورهای ترموالکتریک به کار می‌روند، و همچنین ایجاد تماس‌های الکتریکی با این پایه‌ها نیاز دارند؛
• تولید ابزارهای بسیار کارا با طراحی و ظاهر منحصر به فرد. این هدف یکی از مزایای نیمه‌رساناهای آلی به شمار می‌رود. با استفاده از این مواد می‌تواند ابزارهای انعطاف‌پذیر با طراحی‌های بی‌نظیر تولید کرد که ساخت آنها با استفاده از ترموالکتریک‌های معدنی صلب امکان‌پذیر نیست. با این حال این جنبه نیز نیاز به توسعه داشته و هنوز یک قلمرو ناشناخته محسوب می‌‌شود.
اندرو فرگوسن و جفری بلک برن، دانشمند ارشد و مدیر گروه طیف‌سنجی و علوم نوری NREL یافته‌های کار خود را در مجله Nature Energy منتشر کرده‌اند.