تبدیل گرمای بدن به برق با فیلم جدید برای تأمین انرژی پوشیدنی‌های نسل آینده
محققان دانشگاه فناوری کوئینزلند (QUT) فیلمی فوق‌العاده نازک و انعطاف‌پذیر توسعه داده‌اند که قادر است گرمای بدن را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.
این پیشرفت، پیشرفتی قابل توجه در حوزه فناوری پوشیدنی است. این قابلیت می‌تواند نحوه تأمین انرژی دستگاه‌های پوشیدنی را متحول کند.
«این فناوری همچنین می‌تواند برای خنک کردن تراشه‌های الکترونیکی استفاده شود که به بهره‌وری بهتر گوشی‌های هوشمند و رایانه‌ها کمک می‌کند»، طبق بیانیه‌ای منتشر شده است.
«دستگاه‌های ترموالکتریک انعطاف‌پذیر قابل استفاده بر روی پوست هستند، جایی که به طور مؤثر تفاوت دمای بین بدن انسان و هوای اطراف را به برق تبدیل می‌کنند»، گفت پروفسور زو-گانگ چن، که تیم پژوهشی را رهبری کرده است.
با این حال، چالش‌های زیادی مانع از رسیدن این دستگاه‌ها به مقیاس تجاری شده‌اند. این چالش‌ها شامل انعطاف‌پذیری محدود، تولید پیچیده، هزینه‌های بالا و عملکرد ناکافی بوده‌اند.
غلبه بر چالش‌ها در ترموالکتریک‌های انعطاف‌پذیر
تیم QUT این مشکل را با استفاده از رویکردی نوین که خصوصیات ترموالکتریک تلورید بیسموت را با مزایای ساختاری نانومیله‌های تلوریم ترکیب می‌کند، پشت سر گذاشتند.
تلورید بیسموت ماده‌ای ترموالکتریک شناخته شده است، اما سختی ذاتی آن استفاده در کاربردهای انعطاف‌پذیر را محدود کرده است.
محققان این مشکل را با افزودن نانومیله‌های تلوریم به ماده حل کردند. این نانومیله‌ها به عنوان «نانوبایندرها» عمل کرده و فضاهای بین صفحات تلورید بیسموت را پر کرده و شبکه‌ای ایجاد می‌کنند.
این ساختار، توانایی فیلم را برای تبدیل گرما به برق افزایش داده و به آن انعطاف پذیری می‌بخشد.
ارزیابی عملکرد فیلم
تیم پژوهشی آزمایش‌هایی برای ارزیابی عملکرد فیلم انجام دادند. آنها ژنراتوری با مقیاس کوچک از یک ورق فیلم به اندازه A4 ساختند و آن را با الکترودهای خمیر نقره‌ای متصل به تجهیزات اندازه‌گیری تجهیز کردند.
«ما فیلمی با اندازه A4 قابل چاپ با عملکرد ترموالکتریک رکورد بالایی، انعطاف‌پذیری بی‌نظیر، مقیاس‌پذیری و هزینه کم ایجاد کردیم، که آن را به یکی از بهترین ترموالکتریک‌های انعطاف‌پذیر موجود تبدیل می‌کند»، تاکید کرد پروفسور چن.
وقتی در تماس با پوست قرار گرفت، ژنراتور ۱.۲ میلی‌وات برق در هر سانتیمتر مربع با تفاوت دمای ۲۰ کلوین بین پوست و هوای اطراف تولید کرد.
این سطح از تولید توان، که به راحتی در شرایط محیطی معمولی دست‌یافتنی است، پتانسیل این فناوری را برای تأمین انرژی طیف وسیعی از دستگاه‌های پوشیدنی برجسته می‌کند.
کاربردها فراتر از فناوری پوشیدنی
پیامدهای این پژوهش فراتر از فناوری پوشیدنی است. تیم همچنین توانایی فیلم در خنک کردن تراشه‌های الکترونیکی، جنبه‌ای حیاتی در حفظ عملکرد بهینه دستگاه‌های الکترونیکی را نشان دادند.
با معکوس کردن فرایند تبدیل انرژی، آنها کاهش دمای ۱۱.۷ کلوین با جریان ورودی حداقل را به دست آوردند.
«این انعطاف‌پذیری در مواد نشان‌دهنده گستره وسیعی از امکانات است که رویکرد ما برای پیشرفت فناوری ترموالکتریک انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد»، چن گفت.
«اینها همچنین می‌توانند در فضای تنگی مانند داخل یک رایانه یا تلفن همراه اعمال شوند تا تراشه‌ها را خنک کرده و عملکرد را بهبود بخشند.»
در حالی که تیم از پتانسیل کارشان خوشحال است، اذعان دارند که تحقیقات و توسعه بیشتری لازم است.
«این استراتژی باید برای مواد دیگر نیز مفید باشد و راهی برای تولید ترموالکتریک‌های انعطاف‌پذیر در مقیاس بزرگ فراهم کند»، نتیجه‌گیری کرد این مطالعه .
