KU Leuven stampa aerogel di PEDOT:PSS estensibili per termoelettrico indossabile
Il team della KU Leuven guidato da Francisco Molina-Lopez ha dimostrato la prima stampa 3D “onnidirezionale” di aerogel di PEDOT:PSS direttamente su elastomeri, con interconnessioni estensibili e pilastri termoelettrici ad alto rapporto d’aspetto. Il lavoro è pubblicato su Advanced Science e integra Direct Ink Writing (DIW) con liofilizzazione in situ, puntando a sorgenti di energia per elettronica indossabile e soft robotics.
Come funziona: DIW + liofilizzazione in situ, due “percorsi d’inchiostro”
I ricercatori formulano due paste: (i) PEDOT:PSS con sali di litio e GOPS per massimizzare conducibilità ed elasticità; (ii) PEDOT:PSS filtrato/solvent-exchanged per ridurre PSS residuo, abbassare la conducibilità termica e migliorare l’efficienza TE. La stampa avviene direttamente su silicone, seguita da liofilizzazione che “blocca” la forma 3D con minimo ritiro e forte adesione al substrato.
Dati sperimentali principali
Gli aerogel raggiungono λ = 0,065 W·m⁻¹·K⁻¹; i pilastri TE producono 26 nW·cm⁻² con ΔT ≈ 15 K, superando strutture dense quando le resistenze di contatto limitano la resa. Le arcate conduttive stampate out-of-plane mostrano strain a rottura ~15% e stabilità su 200 cicli di trazione. Lo ZT dei pilastri è dell’ordine di 3,2×10⁻³, coerente con polimeri conduttivi ma sufficiente a dimostrare vantaggi architetturali e d’integrazione.
Perché scegliere un aerogel polimerico
Rispetto ai TE inorganici (es. Bi₂Te₃/BiSbTe), i polimeri conduttivi come PEDOT:PSS sono leggeri, processabili e compatibili con substrati elastici; la bassa conducibilità termica intrinseca aiuta l’isolamento del gradiente. Ampie rassegne indicano PEDOT:PSS fra i capofila per TE organici flessibili, con strategie di doping e compositi per incrementare il power factor.
Contesto industriale del materiale
Il PEDOT:PSS è disponibile su scala industriale con il marchio Clevios™ di Heraeus Epurio, con gradi per stampa e coating (es. PH 1000, S V4) già impiegati in elettronica stampata e indossabile. Queste linee non sono specificate nello studio KU Leuven, ma mostrano la maturità di filiera utile a future trasferte industriali.
Come si colloca nel panorama AM per il termoelettrico
Oltre alla via aerogel 3D, la letteratura esplora spray printing di compositi PEDOT:PSS/Bi₀.₅Sb₁.₅Te₃ (fino a 40 “gambe” su film flessibili) e design architettati per modulare calore/carica. L’approccio KU Leuven amplia la libreria geometrica verso strutture 3D estensibili integrabili su elastomeri, complementare alle vie planari.
Limiti e prossimi passi
Le metriche TE restano sotto i migliori inorganici; servono ottimizzazione di interfacce termiche/elettriche, impacchettamento per uso dermico e test di fatica a lungo termine oltre i 200 cicli. L’integrazione modulare (serie/parallelo) e l’abbinamento a harvester ibridi (meccano-/fototermici) sono percorsi credibili di sviluppo.
Team e istituzioni
Autori: Hasan Emre Baysal, Tzu-Yi Yu, Viktor Naenen, Ruth M. Cardinaels e Francisco Molina-Lopez (corrispondente) del Department of Materials Engineering (MTM), KU Leuven.
