Больше половины потребляемой в мире энергии бесполезно рассеивается в виде тепловых потерь. Поэтому разработка технологий термоэлектрических генераторов является важной частью программ исследований технологий эффективного использования энергии.

Результаты новой работы ученых из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) указывают на возможность использования в качестве термоэлектрического генератора плёнки из одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT), либо композита на базе этих наноструктур.

Практическая реализация подобных устройств упирается в традиционную для нанотрубок проблему. Известные методы синтеза не позволяют получать только нужные полупроводящие нанотрубки, присутствие же CNT с металлическими свойствами нарушает работу генератора.

Для того, чтобы изготовить образцы с повышенным содержанием полупроводников, исследователи применили метод, разработанный Джеффри Блэкберном (Jeffrey Blackburn), одним из соавторов статьи, опубликованной в журнале Nature Energy. Нанотрубки извлекали из полидисперсной сажи, используя полифлуореновый полимер. Полупроводящие SWCNT осаждали на стеклянной подложке с образованием плёнки, которую затем вымачивали в растворе окислителя. Этот процесс, известный как «легирование», увеличивает плотность носителей заряда в плёнке.

Ученые выяснили, что лучшими получались образцы, обработанные раствором с высокой концентрацией окислителям, но с не самими высокими уровнями легирования. Также был установлен оптимальный диаметр нанотрубки для максимальной термоэлектрической эффективности.

В термоэлектрических материалах обычно ищут компромисс между генерируемым градиентом температур напряжением — термоэнергией — и электропроводностью, зависящими друг от друга обратно пропорционально. Нанотрубки в этом смысле стоят особняком — авторы показали, что в них большая термоэнергия может сопутствовать высокой электропроводности. Помимо этого, было установлено, что применяемая в эксперименте стратегия легирования, наряду со значительным увеличением электропроводности ведёт к снижению теплопроводности. Этот неожиданный результат также улучшает качество углеродных нанотрубок как термоэлектрического материала.