Tokyo Tech ve Kore Üniversitesi’ndeki bilim insanlarının ortaya koyduğu üzere, çok çekirdekli organometalik bağlantılar nano ölçekte yüksek performanslı termoelektrik cihazlar gerçekleştirmenin anahtarı olabilir. Organometalik rutenyum alkinil komplekslerinin benzersiz elektronik yapısı, araştırmacıların moleküler bağlantılarda benzeri görülmemiş ısıdan elektriğe dönüşüm performansı elde etmelerini sağlayarak moleküler ölçekli sıcaklık sensörlerine ve termal enerji hasat cihazlarına giden yolu açtı.
Seeback etkisi, bir iletken boyunca bir sıcaklık farkı olduğunda bir voltaj veya akımın üretildiği bir termoelektrik olgudur. Bu etki, ısıdan elektriğe enerji hasatçıları, algılama cihazları ve sıcaklık kontrolü gibi hem yerleşik hem de yeni ortaya çıkan termoelektrik uygulamaların temelini oluşturmaktadır.
Her zamankinden daha küçük cihazlara olan amansız talep doğrultusunda, bilim insanları nano ölçekte Seebeck etkisinden yararlanmanın yeni yollarını arıyor. Bunu başarmanın bir yolu, bir veya birkaç ayrı molekül tarafından köprülenmiş iki elektrottan oluşan minyatür cihazlar olan moleküler bağlantıları kullanmaktır. Bu moleküllerin sıcaklığa ne kadar duyarlı olduğuna bağlı olarak, moleküler bağlantıların termoelektrik özelliklerini amaçlanan uygulamalarına uyacak şekilde ince ayarlamak mümkündür.
Şimdiye kadar moleküler termoelektrik üzerine yapılan çalışmaların çoğu oldukça basit organik moleküllerle sınırlı kalmıştır. Bu durum, düşük Seebeck katsayısına sahip moleküler bağlantılara yol açmıştır; bu da sıcaklıktan gerilime doğru zayıf dönüşüm ve performans anlamına gelmektedir. Bu nedenle, daha iyi özelliklere ve en önemlisi daha yüksek bir Seebeck katsayısına sahip moleküler bağlantılar tasarlamak için süregelen bir zorluk vardır.
Neyse ki, Japonya’daki Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden (Tokyo Tech) Yardımcı Doçent Yuya Tanaka ve Kore Üniversitesi’nden Profesör Hyo Jae Yoon’un da aralarında bulunduğu bir araştırma ekibi tarafından yürütülen yeni bir çalışma, bu alanda önemli ilerlemelere yol açabilir. Nano Letters‘da yayınlanan makalelerinde belirttikleri gibi, araştırmacılar gözlerini bu bilmecenin anahtarı olabilecek belirli bir organometalik bileşik türüne dikmişlerdi: Rutenyum alkinil kompleksleri. Ancak önceki çalışmalardan farklı olarak ekip, çoklu Ru(dppe)2 (burada Ru rutenyum ve dppe 1,2-bis(difenilfosfino)etan) parçalarına dayanan çok çekirdekli rutenyum alkinil komplekslerinin, benzersiz elektronik yapıları sayesinde daha güçlü moleküler bağlantılara yol açıp açamayacağını merak ediyordu.
Bilim insanları teorilerini test etmek için, farklı sayılarda rutenyum alkinil kompleksleri içeren organometalik bileşiklerle birbirine bağlanmış iki karşıt düz elektrottan oluşan çeşitli kendiliğinden birleştirilmiş tek-tabakalılar (SAM’ler) hazırladılar. Sıcak elektrot, organometalik moleküler bağlantılar için iyi bir tutturma substratı sağlamak üzere ultra pürüzsüz altından yapılırken, soğuk elektrot bir galyum oksit tabakası ile kaplı sıvı bir metal olan ötektik galyum indiyumdan yapılmıştır.
Ekip, çeşitli deneyler ve teorik yöntemlerle, bu SAM’lerin Seebeck katsayısının, moleküler bağlantıdaki rutenyum atomlarının sayısının yanı sıra oksidasyon durumuna ve organik omurgasının ayrıntılı kimyasal bileşimine bağlı olarak nasıl değiştiğini inceledi.
Yardımcı Doçent Tanaka’nın da belirttiği gibi, hazırlanan moleküler bağlantıların benzeri görülmemiş bir termoelektrik performansa ulaştığını tespit ettiler: “Organometalik bileşiklerimiz, tamamen organik muadillerinden çok daha yüksek Seebeck katsayısı değerleri sergiledi. Dahası bildiğimiz kadarıyla, üç çekirdekli rutenyum kompleksi için elde edilen 73 μV/K Seebeck katsayısı, literatürde bildirilen geleneksel moleküllere kıyasla oldukça üstündür.” Buna ek olarak, hazırlanan moleküler bağlantılar, potansiyel uygulama alanlarını genişleten dikkate değer bir termal kararlılığa sahipti.
Bu sonuçlar termoelektronik alanında çalışanlar için çok cesaret vericidir çünkü nano ölçekli yarı iletkenlerin üretiminde nihayet bir atılım elde etmek için yeni stratejilere işaret edebilirler. Yardımcı Doçent Tanaka, “Bu çalışma, verimli termoregülasyon ve ısıdan elektriğe dönüşüm için moleküler ölçekli cihazların geliştirilmesine yönelik önemli bilgiler sunuyor” diye vurguluyor.
Gelecekte termoelektrik moleküler bağlantılardaki yeni gelişmeleri takip etmeyi unutmayın; yeni nesil elektronik cihazlarda ısı ve termal kontrollerinden sürdürülebilir güç üretiminin anahtarı olabilirler.[1]Enabling nanoscale thermoelectrics with a novel organometallic molecular junction[2]Öne çıkarılan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Enabling nanoscale thermoelectrics with a novel organometallic molecular junction |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkarılan görsel |
