美国发现可通过碳纳米管回收废热

由于全球半数以上的能源消耗主要都因为废热而被否定，因此利用热电发电成为利用可再生能源和提高能源效率的重要途径。此前真正关注碳纳米管的内在热电性能的研究者并不多，国家可再生能源实验室研究人员题为“具有强化热电性能的定制半导体碳纳米管网”的研究填补了此项空缺。美国能源部的国家可再生能源实验室的研究发现，经过细致调整的碳纳米管薄膜或许可以用作热电发电机来回收和利用废热。该研究可以帮助指导生产热电设备，这些设备可以利用单壁碳纳米管薄膜或者含有这些纳米管的复合材料。

     纳米结构的无机半导体已经被证实可以用于提高热电装置的性能。因为半导体通常比较沉重、缺乏所需的柔韧性，所以当需要轻巧、灵活或者不规则形状的半导体时，无机材料就显得无能为力。而碳纳米管则是有机的，而且更为轻巧和柔韧。特定的单壁碳纳米管对于热电是否有用则取决于这个纳米管是金属材质还是半导体，这两种会在单壁碳纳米管合成的同时产生。金属纳米管会损害设备，如热电发电机，而半导体纳米管实际上能够增强其性能。此外，正如大多数光学和电子器件一样，半导体单壁碳纳米管的电带隙应该也会影响热电性能。幸好可再生能源实验室的一位高级科学家开发出一项技术可以分离半导体纳米管和金属纳米管，这对于此项研究至关重要，由此可以利用它来探测碳纳米管的基本特性。

为了制造高浓缩半导体样品，研究人员使用基于聚芴的基础聚合物从多分散烟尘中提取纳米管。将半导体单壁碳纳米管置于玻璃基板上来制造薄膜，然后将其浸入氧化剂和六氯锑酸三乙基氧鎓溶液中，这一步骤名为“掺杂”。掺杂可以增加电荷载体的密度，电荷载体流过薄膜导电。研究人员发现，表现最佳的样品是暴露于较高浓度氧化剂和六氯锑酸三乙基氧鎓溶液，但是并不是处于最高掺杂水平的那些。他们还发现了为达到最佳热电性能，碳纳米管应具备的最佳直径。

涉及到热电材料，热能（使材料处于温度梯度时获得的电压）和电导率之间存在一种取舍，因为热能随电导率升高而降低。但是研究人员发现，即使电导率非常高，用碳纳米管也可以获得大量的热能。此外，研究人员还发现，他们采用的掺杂策略，在显著提高电导率的同时实际上也降低了热导率。这一意外发现是将碳纳米管应用于热电发电的又一好处，因为最佳的热电材料在保持较低的热导率的同时，必须具备高导电率和热能。