Электропроводящий полимер: как ученые из пластика металл делали

С каждым годом все больше и больше гаджетов обзаводятся новыми талантами, включая возможность соединяться друг с другом посредством интернета. Концепция «интернет вещей», возникшая на стыке веков, приобретает более четкое очертание, однако для полноценной утилизации данной идеи необходимы дополнительные технические нововведения, которые смогут решить ряд проблем, в том числе и с зарядкой носимой электроники.

Одним из самых популярных и футуристических решений является использование тепла человеческого тела. А для этого нужны легкие, нетоксичные, носимые и гибкие термоэлектрические генераторы. Ученые из Нагойского университета (Нагоя, Япония) предложили использовать пластик.

Как электропроводность пластика связана с его структурой, как манипулировать этим параметром, и насколько эффективно использование пластика в создании термоэлектрических генераторов? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе ученых.

Основа исследования

Человеческое тело сложно назвать источником большого объема тепла. Тем не менее, в аспекте носимой электроники тепло наших тел может быть использовано для поддержания работы наших гаджетов. Однако современные электропроводящие полимеры пока не могут похвастаться своими термоэлектрическими характеристиками. Чтобы изменить это, необходимо заглянуть внутрь структуры материала и понять, как там все устроено.

Одним из ключевых параметров производительности в термоэлектрических устройствах является коэффициент мощности: P = S2σ, где S — коэффициент Зеебека*, а σ — электропроводность.

Коэффициент Зеебека* (термоэлектрическая мощность) — мера величины индуцированного термоэлектрического напряжения в ответ на разницу температур в материале, вызванную эффектом Зеебека.

Эффект Зеебека — явление возникновения электродвижущей силы на концах последовательно соединенных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах.

Если предположение, что большинство проводящих полимеров, кроме поли(3,4-этилендиокситиофена), не проявляют максимумов P при легировании носителей. Это значит, что P непрерывно увеличивается с увеличением σ для более высоких уровней легирования. Обоснованием такого нестандартного поведения является степенное соотношение* S ∝ σ−1/s, где s равно 3 или 4 (в большинстве случаев).

Степенной закон* — в статистике это функциональная зависимость между двумя величинами, когда изменение одной приводит к пропорциональному изменению второй величины.

Подобный эффект возникает ввиду неупорядоченности полимерных пленок, где на перенос заряда влияют структурные / энергетические нарушения внутри пленки.

В недавно проведенных исследованиях было показано, что контроль над эффектами беспорядочности на процесс переноса заряда является важнейшим механизмом в достижении контроля над P посредством модификации эмпирического отношения S-σ.

В данном труде ученые показывают, что эмпирическое отношение S-σ проводящего полимера действительно может быть изменено посредством контролируемого легирования носителя.

Подробнее
Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4 (1 vote)
Источник(и):

Хабр