Des nanotubes de carbone invisiblement petits alignés sous forme de fibres et cousus dans des tissus deviennent un générateur thermoélectrique qui peut transformer la chaleur du soleil ou d’autres sources en énergie.
Le laboratoire de physicien de l’Université Rice Junichiro Kono a mené un effort avec des scientifiques de l’Université métropolitaine de Tokyo et de la Hub Carbone fabriquer des fibres de nanotubes sur mesure et tester leur potentiel pour des applications à grande échelle.
Leurs expériences à petite échelle ont conduit à un tissu de coton flexible renforcé de fibres qui transformait la chaleur en suffisamment d’énergie pour alimenter une LED. Avec un développement ultérieur, ils disent que ces matériaux pourraient devenir des éléments constitutifs pour l’électronique des fibres et des textiles et la récupération d’énergie.
Les mêmes fibres de nanotubes pourraient également être utilisées comme dissipateurs thermiques pour refroidir activement les composants électroniques sensibles avec un rendement élevé.
Un article sur le projet paraît dans Communication Nature.
L’effet semble simple : si une face d’un matériau thermoélectrique est plus chaude que l’autre, elle produit de l’énergie. La chaleur peut provenir du soleil ou d’autres appareils comme les plaques chauffantes utilisées dans l’expérience sur le tissu. Inversement, l’ajout d’énergie peut inciter le matériau à refroidir le côté le plus chaud.
Jusqu’à présent, aucun assemblage macroscopique de nanomatériaux n’a affiché le «facteur de puissance géant», environ 14 milliwatts par mètre kelvin carré, que les chercheurs de Rice ont mesuré dans les fibres de nanotubes de carbone.
« Le facteur de puissance vous indique la densité de puissance que vous pouvez obtenir d’un matériau avec une certaine différence de température et un certain gradient de température », a déclaré Natsumi Komatsu, étudiante diplômée de Rice, auteur principal de l’article. Elle a noté que le facteur de puissance d’un matériau est un effet combiné de sa conductivité électrique et de ce qu’on appelle le Coefficient de Seebeck, une mesure de sa capacité à traduire les différences thermiques en électricité.
« La conductivité électrique ultra-élevée de cette fibre était l’un des attributs clés », a déclaré Komatsu.
La source de cette superpuissance est également liée au réglage des propriétés inhérentes des nanotubes Fermi énergie, une propriété qui détermine le potentiel électrochimique. Les chercheurs ont pu contrôler l’énergie de Fermi en dopant chimiquement les nanotubes transformés en fibres par le laboratoire Rice du co-auteur et ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali, leur permettant d’ajuster les propriétés électroniques des fibres.
Alors que les fibres qu’ils ont testées ont été coupées en longueurs d’un centimètre, Komatsu a déclaré qu’il n’y avait aucune raison pour que les appareils ne puissent pas utiliser les excellentes fibres de nanotubes du laboratoire Pasquali qui sont enroulées en longueurs continues. « Peu importe où vous les mesurez, ils ont la même conductivité électrique très élevée », a-t-elle déclaré. « La pièce que j’ai mesurée était petite uniquement parce que mon installation n’est pas capable de mesurer 50 mètres de fibre. »
Pasquali est directeur du Carbon Hub, qui promeut l’expansion du développement de matériaux carbonés et d’hydrogène d’une manière qui change également fondamentalement la façon dont le monde utilise les hydrocarbures fossiles.
« Les fibres de nanotubes de carbone sont sur une trajectoire de croissance régulière et s’avèrent avantageuses dans de plus en plus d’applications », a-t-il déclaré. « Plutôt que de gaspiller du carbone en le brûlant en dioxyde de carbone, nous pouvons le transformer en matériaux utiles qui présentent d’autres avantages environnementaux dans la production et le transport d’électricité. »
Les nanotubes de carbone tissés dans des fibres filiformes et cousus dans des tissus deviennent un générateur thermoélectrique qui peut transformer la chaleur du soleil ou d’autres sources en énergie. Illustration de Jeff Fitlow, Rice University
Reste à savoir si les nouvelles recherches conduisent à un panneau solaire que vous pouvez jeter dans la machine à laver, mais Kono a convenu que la technologie avait un potentiel important et varié.
« Les nanotubes existent depuis 30 ans, et scientifiquement, on en sait beaucoup », a-t-il déclaré. « Mais pour fabriquer des appareils du monde réel, nous avons besoin d’assemblages macroscopiquement ordonnés ou cristallins. Ce sont les types d’échantillons de nanotubes que le groupe de Matteo et mon groupe peuvent fabriquer, et il existe de très nombreuses possibilités d’applications.
La source: Université du riz
