Автомобильные сидения с климат-контролем не приходят на ум, когда вы задумываетесь об энергоэффективности, однако новейшая технология, лежащая в основе этой автомобильной роскоши, связана с термоэлектриками, которые преобразуют электричество в тепло или холод. Также термоэлектрики могут перенаправлять избыточное тепло из энергонеэффективных систем (например, автомобильного двигателя). Вместе с термоэлектриками появляется экологически чистый источник энергии, позволяющий сократить потребление топлива и выбросы углекислого газа.

Сейчас тепловая энергия конвертируется в высокоэффективные и дорогостоящие термоэлектрические материалы. В выхлопной системе автомобиля, например, твердотельные термоэлектрики рекуперируют отбросное тепло, в связи с чем можно сэкономить до 5 процентов топлива, но высокая стоимость не позволяет применять их в малоразмерных устройствах. Уменьшение затрат на стоимость материалов может сильно повлиять на выработку энергии для батарей или электронных компонентов компьютеров.

Ученые Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США) взялись за решение этой проблемы путем «изменения расходов на управление тепловой энергией», сообщил Джефф Урбан (Jeff Urban) – заместитель руководителя Отдела неорганических наноструктур в Научно-исследовательском центре нанотехнологий.

Исторически сложилось, что высокоэффективные термоэлектрики нуждаются в дорогой, материалоемкой обработке, – сказал Урбан. – Конструируя гибрид из мягких и твердых материалов, мы смогли совместить приличную эффективность с низкой стоимостью производства».

Ученые сконструировали наноразмерный композитный материал, обернув полимер, который проводит электричество, вокруг наностержня теллура – металла, который вместе с кадмием можно найти в сегодняшних наиболее экономичных фотоэлементах. Получившийся композитный материал легко отливается и формирует пленку из раствора на водной основе. Наряду с простотой производства, гибридный материал имеет термоэлектрическую эффективность, в тысячи раз превышающую эффективность полимера или наностержня, что является критически важным фактором для повышения производительности устройства.

За последние годы мы увидели гигантский рост термоэлектрической эффективности, но необходимы дешевые, умеренно эффективные материалы, которые просты в обработке и копировании, – сказала Рэйчел Сегалман (Rachel Segalman), профессор химической и биомолекулярной технологии в Калифорнийском университете в Беркли. – Мы много размышляли о том, что может получиться из полимеров и нанокристаллов, а сейчас мы намерены исследовать область материалов, чтобы оптимизировать эти системы и перейти на более распространенные на земле материалы».

Рис. 1. Схема к изобретению.

По материалам: