Забравете търсенето на електрически контакт; топлината от китката ви скоро може да е достатъчна, за да поддържа вашия смарт часовник да работи за неопределено време. Някога концепция, ограничена до научната фантастика, идеята за електроника, захранвана с топлината на тялото, се приближава към реалността.
Екип от китайски учени разработи революционно пластмасово фолио, способно да преобразува топлината на тялото – или дори топлината от автомобилен двигател – в електричество с рекордна производителност.
Проучването, публикувано в петък в списание Science, се занимава с основно препятствие пред носимите технологии от следващо поколение: намирането на устойчив начин за захранване на устройствата, носени всеки ден. Тъй като използването на смарт часовници, фитнес тракери и медицински пластири става все по-широко разпространено, необходимостта от ежедневно зареждане е нарастващо неудобство. За да решат това, изследователите търсят термоелектрически материали, които могат да превърнат температурните разлики в мощност.
Тези материали функционират чрез ефекта на Seebeck. По същество, когато едната страна на материала е по-гореща от другата, електроните естествено текат към по-хладната страна. Това движение на електрони създава електрически ток.
В исторически план най-добрите материали за това обикновено са били твърди, тежки и често токсични. Докато гъвкавите пластмаси (полимери) са по-леки и по-лесни за носене, те обикновено не са много ефективни. Проблемът е противоречие на молекулярно ниво: за да работи добре, материалът трябва да блокира преминаването на топлина през него (ниска топлопроводимост), като същевременно позволява на електричеството да преминава през него лесно (висока електрическа проводимост). Обикновено, ако даден материал е добър в едно, той е добър и в двете – което съсипва преобразуването на енергия.
Лиу Лияо, доцент в Института по химия на Китайската академия на науките, каза, че екипът е преодолял това, като е създал „йерархична пореста структура“.
Представете си го като пластмасова гъба, пълна с дупки с различни размери, вариращи от нанометри до микрометри. Тази хаотична, пълна с дупки структура действа като грапава планинска верига за топлина, което затруднява преминаването на горещите вълни. Междувременно тесните „мостове“ между тези дупки принуждават полимерните молекули да се подредят в чисти, подредени редове.
Тези редове действат като високоскоростни магистрали за електрони, позволявайки на електричеството да преминава с минимално съпротивление. Този дизайн с двойно действие намали изтичането на топлина със 72 процента, като същевременно увеличи електрическия поток с 52 процента.
Новият филм също постави рекорд за гъвкави материали. Той постигна „термоелектрическа стойност“ – резултат, използван за измерване на това колко ефективно даден материал преобразува топлината в енергия – от 1,64 при около 70 C. Това разбива предишния рекорд от 1,4 за подобни гъвкави материали.
При лабораторен тест парче от филма с размери 10 сантиметра на 8 см беше прикрепено към тялото на човек и успешно генерира 9 миливолта електричество.
Въпреки че това е малко количество, изследователите изчисляват, че мащабирането на материала до по-големи повърхности може да захранва безжични сензори и друга електроника с ултра ниска мощност.
Тъй като материалът е вид пластмаса, той е съвместим с индустриалните техники за печат. Това означава, че в крайна сметка може да бъде „отпечатан“ на големи ролки, подобно на това как се произвеждат вестниците.
Лиу каза, че с по-нататъшна работа за намаляване на разходите и стабилизиране на производителността, „генериращата енергия пластмаса“ може да се използва за всичко – от медицински сензори до зелени енергийни системи на Земята и дори за генериране на енергия в космоса.
[email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта