Japanilaiset Tokyo Metropolitan Universityn tutkijat ovat kehittäneen lämpösähköisen rakenteen, joka voi muuntaa suoraan lämmön sähköksi. Suunnattuja ”metallisia” hiilinanoputkia käyttämällä on saatu aikaan selvästi suurempi antoteho kuin puolijohdepohjaisilla hiilinanoputkien (CNT) sekaverkoilla.

Puolijohtavia materiaaleja pidetään yleensä parhaina ehdokkaina korkean suorituskyvyn termoelektrisille laitteille. Tokyo Metropolitan Universityn professori Kazuhiro Yanagin johtama ryhmä löysi kuitenkin epätodennäköisen voittajan ”metallisten” hiilinanoputkien muodossa.

Korkean suorituskyvyn lämpösähköiset elementit voisivat mahdollistaa käyttää kehonlämpöä älypuhelimien virrankäyttöön mutta erityisesti ne olisivat omiaan puettavissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.

Uusi laite ohittaa puolijohteiden hankalan kompromissin johtavuuden ja sähköjännitteen välillä, ylittäen huomattavasti vastaavan tason.

Lämpösähköisen laitteen lämpötilagradientista uutettuun tehoon vaikuttavat laitteen johtavuus ja Seebeck-kerroin. Se on lukuarvo, joka ilmaisee kuinka paljon sähköjännitettä syntyy tietyllä lämpötilaerolla.

Ongelmana on, että Seebeck-kertoimen ja johtavuuden välillä on kompromissi: Seebeck-kerroin putoaa, kun laite tehdään johtavammaksi. Jotta laite tuottaisi enemmän tehoa, pitäisi parantaa molempia ominaisuuksia.

Toisin kuin puhtaasti puolijohtavat nanoputket, tutkijat havaitsivat, että he voisivat samanaikaisesti parantaa sekä metallisten nanoputkien johtavuutta että Seebeck-kerrointa rikkoen kompromissin näiden kahden avaintekijän välillä.

Lisää: Nanobitteja (LINKKI), tiedoteuutinen (LINKKI) ja tutkijoiden artikkeli Nanoletters -tiedelehdessä (LINKKI)

Kuva: Yhdenmukaisista metallisista hiilinanoputkista lämpösähköisessä laitteissa. Lämpötilagradientti aiheuttaa sähkövirran kulun. Kuva: Tokyo Metropolitan University