Filmul termoelectric este foarte flexibil, deschizând o serie de noi posibilități
Perspectiv: O nouă dezvoltare în tehnologia filmelor termoelectrice flexibile ar putea deschide calea pentru o nouă generație de dispozitive portabile și soluții de răcire. Cercetătorii de la Queensland University of Technology (QUT) au creat un film flexibil care abordează provocările de lungă durată ale flexibilității, fabricabilității și performanței.
Cercetătorii australieni au conceput o peliculă ultra-subțire, flexibilă, capabilă să exploateze căldura corpului pentru a alimenta dispozitivele portabile, eliminând eventual nevoia de baterii. Această tehnologie, care ar putea răci și cipurile electronice din smartphone-uri și computere, marchează un progres semnificativ într-un domeniu care progresează constant de ani de zile. Descoperirea se bazează pe munca de bază a echipelor de cercetare din întreaga lume care se concentrează pe recoltarea energiei și managementul termic.
Dispozitivele termoelectrice care pot converti diferențele de temperatură în electricitate au fost căutate de multă vreme pentru electronicele portabile. Cu toate acestea, crearea de versiuni flexibile, eficiente și viabile din punct de vedere comercial s-a dovedit a fi dificilă. Flexibilitatea limitată, procesele complexe de fabricație, costurile ridicate și performanța insuficientă au fost printre obstacolele în extinderea și comercializarea termoelectricelor anorganice flexibile pentru electronice portabile și aplicații de răcire de vârf.
Profesorul Zhi-Gang Chen și echipa sa de la QUT par să fi abordat aceste provocări. Cercetarea lor, publicată în revista Science, introduce o tehnologie rentabilă pentru producerea de filme termoelectrice flexibile. Inovația cheie constă în utilizarea de cristale minuscule, sau „nanolegatori”, care formează un strat consistent de foi de telurura de bismut, sporind atât eficiența, cât și flexibilitatea.
Metoda echipei integrează tehnici de sinteză solvotermală, serigrafie și sinterizare. Sinteza solvotermală creează nanocristale într-un solvent la temperatură și presiune ridicată, în timp ce serigrafia permite producția de filme la scară largă. Procesul de sinterizare încălzește filmele până aproape de punctul de topire, legând efectiv particulele.
Filmul imprimabil rezultat constă din nanoplăci pe bază de Bi₂Te₃ ca granule înalt orientate și nanotoduri de Te ca nanolegatori. Când este asamblată într-un dispozitiv termoelectric flexibil, densitatea de putere a filmului s-a clasat printre cele mai ridicate pentru dispozitivele serigrafiate.
Abordarea echipei QUT nu se limitează la termoelectrice pe bază de telurura de bismut. Wenyi Chen, primul autor al studiului, a remarcat că tehnica lor ar putea funcționa și cu alte sisteme, cum ar fi termoelectricele pe bază de selenidă de argint, care sunt potențial mai ieftine și mai durabile.
Această tehnologie deschide o gamă de aplicații potențiale. „Dispozitivele termoelectrice flexibile pot fi purtate confortabil pe piele, unde transformă efectiv diferența de temperatură dintre corpul uman și aerul din jur în electricitate”, a spus profesorul Chen.
Dincolo de alimentarea electronicelor portabile, filmul ar putea fi folosit pentru managementul termic personal. De exemplu, integrarea dispozitivelor termoelectrice flexibile în textile deschide noi posibilități pentru îmbrăcămintea inteligentă, cu aceste dispozitive folosite pentru a crea articole de îmbrăcăminte încălzite cu autoalimentare pentru medii reci.
Cercetările anterioare au arătat că dispozitivele termoelectrice flexibile pot oferi soluții inovatoare pentru colectarea energiei și managementul termic în diferite sectoare.
În industria auto, dispozitivele termoelectrice flexibile ar putea fi încorporate în vehicule pentru a alimenta senzori de detectare a distanței fără baterie pentru conducerea autonomă, utilizând diferența de temperatură dintre interiorul și exteriorul unei mașini. Aceste dispozitive ar putea, de asemenea, colecta energie din țevile de eșapament și din alte componente generatoare de căldură, îmbunătățind eficiența combustibilului și reducând emisiile.
Domeniul medical ar putea beneficia foarte mult de pe urma acestei tehnologii. Dispozitivele termoelectrice flexibile ar putea alimenta dispozitivele medicale implantabile folosind căldura corporală, eliminând necesitatea înlocuirii bateriilor și reducând riscul de complicații. În plus, ar putea activa sisteme de monitorizare a temperaturii corporale continue, neinvazive, oferind date valoroase pentru monitorizarea sănătății.
La o scară mai mare, dispozitivele termoelectrice flexibile au potențialul de a colecta căldura reziduală din infrastructură. Conform suprafețelor curbate ale țevilor, mașinilor sau componentelor clădirii, aceste dispozitive ar putea genera electricitate din surse de căldură neutilizate anterior, contribuind la clădiri și procese industriale mai eficiente din punct de vedere energetic.
