电子有机材料提供了支持替代和绿色能源的承诺，以满足日益增长的全球能源需求和严格的环境法规。一个由考斯特领导的团队现在已经开发出电子传输的所谓n型有机半导体，可以帮助利用工业过程和家庭释放的废热发电。
热电发电机可以将温度变化或梯度转化为电能，非常适合利用余热。这些易于扩展的设备是环境友好的，没有任何运动部件，这使它们耐磨。它们的能量转换效率取决于使其元件的热导率最小化，同时使其导电率和塞贝克系数最大化，塞贝克系数是它们产生热电流能力的直接量度。
热电发电机的核心是两种电子上不同的材料，一种是n型半导体，另一种是空穴传输（或p型）半导体，它们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了更容易加工和毒性较低，比他们更便宜和更丰富的传统无机同行。这些新材料的热导率也较低，但热电性能仍然不足。通常，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p型等效物更低的电导率，这已被广泛研究。
“一个重要的挑战是找到与最好的p型半导体性能相当的n型有机材料。”研究科学家胡晨说，他是iainmcculloch研究小组的负责人。
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。单体由环酰胺或内酰胺组成，与萘和蒽核融合，通过无毒的无金属酸催化聚合生成刚性共轭聚合物。脊骨没有旋转自由，这减少了能量紊乱，进而增强了导电性。
在本设计中，吸电子内酰胺基团产生高度缺电子主链，在环境条件下稳定聚合物。此外，更小的核心导致了更大的电子亲和力，因此，更好的热电性能在聚合物中，“这在这项工作之前没有如此引人注目的证明，”麦卡洛赫说。陈解释说，较大的核具有较低的吸电子基团密度，这会累积降低电子亲和力。
这些空气稳定的聚合物具有良好的商业潜力。该团队目前正计划开发可扩展的工艺，以便将这些材料集成到热电发电机中。