Наноструктурированные термоэлектрические материалы на основе нанонитей значительно эффективнее, чем те же структуры, построенные на обычных кристаллах. Это объясняется тем, что в наномасштабах фононы рассеиваются на куда меньших поверхностях — и в результате теплопроводность нанокристаллических материалов падает на порядки. Исследователям из Университета Пердью (США) под руководством адъюнкт-профессора Юэ У удалось разработать эффективный метод нанесения нанокристаллов теллурида свинца на стекловолоконную поверхность. КПД термоэлектрического преобразования при этом оказался весьма значительным, а сам материал — прочным и гибким.

Технология довольно проста: стекловолокно однократно окунается в раствор, содержащий нанокристаллы теллурида свинца, а затем вынимается и подвергается нагреву (отжигу), в процессе которого кристаллы и волокна сплавляются и образуют единую ткань, гибкую и прочную (как стекловолокно), но при этом вырабатывающую электричество.

Рис. 1. Стекловолокно, покрытое теллуридом свинца, в меру гибко и термостойко, чтобы им можно было оборачивать любую тёплую или горячую трубу. (Иллюстрация Purdue University / Scott W. Finefrock).

По словам разработчиков, такие «ткани» можно оборачивать вокруг труб с горячей водой в системах охлаждения электростанций, трубок радиатора двигателя в автомобиле, его же выхлопной трубы — по сути, вокруг чего угодно.

При этом эффективность их будет тем выше, чем больше окажется разница температур на оборачиваемой трубе и наружной поверхности термоэлектрической ткани. Первые опыты по вплетению таких волокон в обычные ткани на основе нитей показали принципиальную возможность создания одежды, способной одновременно охлаждать в жаркий день и вырабатывать электричество для подпитки смартфонов и прочих гаджетов.

При этом новый вид термоэлектрической ткани оказался ещё и дешевле в производстве, чем обычный нанокристаллический термоэлектрический материал. Дело в том, что сейчас нанокристаллы, хрупкие по своей природе, формуются в большие диски или блоки, при этом на единицу термоэлектрической поверхности тратится много материала. Композитная ткань обеспечивает механическую прочность при радикально сниженном количестве нанокристаллических структур на единицу поверхности.

Слой нанокристаллов теллурида свинца на такой термоэлектрической ткани — всего 300 нм, а их общий вес в ткани составляет лишь 5%.

Небезынтересно и то, что такие материалы при приложении к ним электрического тока могут действовать как холодильник, только предельно компактный и не содержащий движущихся частей — иными словами, бесшумный и не ломающийся, к тому же сравнимый по эффективности с существующими холодильниками и кондиционерами.