Diego Rosas-Villalva explicó que el equipo se sorprendió de que un polímero tan extremadamente delgado fuera tan efectivo para mejorar la vida útil del dispositivo. Crédito:KAUST
Un polímero utilizado anteriormente para proteger las células solares puede encontrar nuevas aplicaciones en la electrónica de consumo. revela un equipo de KAUST que estudia películas delgadas capaces de convertir energía térmica en electricidad.
Cuando dos lados de un semiconductor están a diferentes temperaturas, La migración de electrones de áreas calientes a frías puede generar una corriente. Este fenómeno, conocido como el efecto termoeléctrico, normalmente requiere semiconductores con estructuras cerámicas rígidas para mantener la diferencia de calor entre los dos lados. Pero el reciente descubrimiento de que los polímeros también exhiben un comportamiento termoeléctrico ha llevado a repensar cómo explotar este método para mejorar la recolección de energía. incluida la incorporación a dispositivos portátiles.
Derya Baran y su equipo en KAUST están ayudando a diseñar dispositivos autoamplificados utilizando un polímero conductor que contiene una mezcla de poli (3, Cadenas de 4-etilendioxitiofeno) y poliestirenosulfonato (PEDOT:PSS). Relativamente económico y fácil de procesar para aplicaciones, incluida la impresión de inyección de tinta, PEDOT:PSS es uno de los polímeros termoeléctricos de mayor rendimiento gracias a su capacidad para absorber aditivos que aumentan la eficiencia conocidos como dopantes.
Diego Rosas-Villalva, un investigador del grupo de Baran, explica que las películas delgadas termoeléctricas PEDOT:PSS a menudo están expuestas a dopantes en forma de ácidos fuertes. Este proceso elimina las cadenas de PSS sueltas para mejorar la cristalinidad del polímero y deja partículas que oxidan las cadenas de PEDOT para aumentar la conductividad eléctrica.
Una película delgada a base de polímero desarrollada en KAUST puede realizar conversiones de energía termoeléctrica con menos posibilidades de fallas prematuras. Crédito:Diego Villalva
"Usamos ácido nítrico porque es uno de los mejores dopantes para PEDOT, "dice Rosas-Villalva." Sin embargo, se evapora con bastante facilidad, y esto disminuye el rendimiento de la termoeléctrica con el tiempo ".
Una vez completado el paso de dopaje, La película PEDOT:PSS debe someterse a un procedimiento inverso para neutralizar o "dedope" algunas partículas conductoras para mejorar la generación de energía termoeléctrica.
Diego Rosas-Villalva explicó que el equipo se sorprendió de que un polímero tan extremadamente delgado fuera tan efectivo para mejorar la vida útil del dispositivo. Crédito:KAUST
Los dedopantes típicos incluyen hidrocarburos cortos que contienen grupos amina cargados positivamente. Los investigadores de KAUST estaban estudiando una versión polimerizada de estas cadenas de amina, conocida como polietilenimina etoxilada, cuando notaron un efecto notable — PEDOT:Las películas de PSS desdopadas con polietilenimina retuvieron el doble de energía termoeléctrica después de una semana en comparación con las muestras no tratadas.
En el desarrollo de termoeléctricos a base de polímeros, PEIE es un material útil para mejorar el rendimiento termoeléctrico y la estabilidad del aire. Crédito:Sociedad Química Estadounidense
Las investigaciones del equipo revelaron que la polietilenimina era eficaz para encapsular películas de PEDOT:PSS para evitar el escape de ácido nítrico. Además, este recubrimiento modificó las propiedades electrónicas del polímero termoeléctrico para facilitar la recolección de energía de las fuentes, incluido el calor corporal.
"No esperábamos que este polímero mejorara la vida útil del dispositivo, especialmente porque es una película muy fina, menos de 5 nanómetros, ", dice Villalva." Se ha incorporado a otros productos electrónicos orgánicos antes, pero apenas explorado para termoeléctricos ".
