Materials electrònics orgànics, podrien donar suport a les fonts d’energia alternatives verdes per satisfer les creixents demandes mundials d’energia i les estrictes regulacions ambientals.
S'ha desenvolupat semiconductors orgànics de tipus n, transportadors d’electrons, que podrien ajudar a generar electricitat a partir de la calor residual alliberada pels processos industrials i de les llars.
Els generadors termoelèctrics que poden convertir els canvis de temperatura o gradients en electricitat, són adequats per aprofitar la calor residual. Aquests dispositius fàcilment escalables són respectuosos amb el medi ambient i no tenen cap part mòbil, cosa que els fa resistents al desgast. La seva eficiència en la conversió d’energia depèn de minimitzar la conductivitat tèrmica dels seus components alhora que maximitza la seva conductivitat elèctrica i el coeficient de Seebeck, una mesura directa de la seva capacitat per produir un corrent termoelèctric.
Al centre dels generadors termoelèctrics hi ha dos materials electrònicament diferents, un semiconductor de tipus n i un semiconductor de transport de forats (o tipus p ), que s’uneixen als seus extrems per formar un circuit elèctric. Per tant, l’eficiència de conversió dels generadors depèn de que els dos tipus de semiconductors proporcionin un rendiment òptim.
Els materials orgànics termoelèctrics recentment són més fàcils de processar i menys tòxics que els seus homòlegs inorgànics convencionals més econòmics i abundants. Aquests nous materials també presenten una menor conductivitat tèrmica, però el seu rendiment termoelèctric continua sent insuficient. Normalment, els semiconductors orgànics dopats de tipus n no són estables en condicions ambientals i presenten conductivitats elèctriques més baixes que els seus equivalents de tipus p, que han estat àmpliament investigats.
Un important repte, és trobar materials orgànics de tipus n amb un rendiment comparable als millors semiconductors de tipus p.
Per això, s'ha ideat un plantejament sistemàtic per sintetitzar semiconductors orgànics estables de tipus n estables a l’aire amb un alt rendiment termoelèctric. Els monòmers comprenien amides cícliques, o lactames, fusionades amb nuclis de naftalè i antracè, generant polímers rígids conjugats mitjançant una polimerització no tòxica catalitzada per àcids lliure de metalls. No hi ha llibertat de rotació al llarg de la columna vertebral, cosa que redueix el trastorn energètic i, posteriorment, millora la conductivitat elèctrica.
En aquest disseny, els grups lactàmics que retiraven electrons produïen una columna vertebral altament deficient en electrons, estabilitzant el polímer en condicions ambientals. A més, els nuclis més petits van conduir a una major afinitat electrònica i, en conseqüència, a un millor rendiment termoelèctric en els polímers, aspectes que no s'havia demostrat abans. Els nuclis més grans tenen una densitat més baixa de grups que retiren electrons i disminueixen acumulativament l'afinitat electrònica.
Font: Journal of the American Chemical Society
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada