A KAUST领导的团队已经开发出有机半导体，可以帮助利用工业过程和家庭释放的余热发电。信用:摩根·班尼特·史密斯电子有机材料承诺支持替代和绿色能源，以满足不断增长的全球能源需求和严格的环境法规。一个由KAUST领导的团队现在已经开发了电子传输，即所谓的n型有机半导体，可以帮助利用工业过程和家庭释放的余热发电。能够将温度变化或温度梯度转化为电能的热电发电机非常适合利用余热。这些易于扩展的设备对环境友好，并且没有任何移动部件，这使得它们耐磨。它们的能量转换效率取决于最小化其组件的热导率，同时最大化其电导率和塞贝克系数，塞贝克系数是它们产生热电电流能力的直接量度。
热电发电机的核心是两种不同的电子材料，一种是n型半导体，另一种是空穴传输(或p型)半导体，这两种材料的两端连接在一起形成一个电路。因此，发电机的转换效率取决于提供最佳性能的两种半导体。
有机热电材料最近出现，与更便宜、更丰富的传统无机材料相比，它更容易加工，毒性更小。这些新材料也表现出较低的热导率，但是它们的热电性能仍然不足。典型地，掺杂的n型有机半导体在环境条件下不稳定，并且显示出比已经被广泛研究的p型等同物更低的电导率。
“一个重要的挑战是找到性能与最好的p型半导体相当的n型有机材料，”研究科学家陈虎说，他领导了伊恩·麦卡洛克研究小组的研究。
KAUST团队设计了一种系统的方法来合成具有高热电性能的空气稳定掺杂n型有机半导体。单体包括与萘和蒽核融合的环状酰胺或内酰胺，通过无毒的无金属酸催化聚合生成刚性共轭聚合物。“沿着主干没有旋转自由度，这减少了能量无序，并随后增强了导电性，”麦卡洛克说。
在这种设计中，吸电子内酰胺基团产生高度缺电子的主链，在环境条件下稳定聚合物。此外，更小的核心导致更大的电子亲和力，因此，更好的聚合物热电性能，“这在这项工作之前还没有得到如此惊人的证明，”麦卡洛克说。陈解释说，较大的核具有较低的吸电子基团密度，这累积降低了电子亲和力。
这些空气稳定的聚合物具有良好的商业潜力。该团队现在正计划开发可扩展的工艺，使这些材料能够集成到热电发电机中。
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