تولید برق از گرمای بدن با نیمههادی انعطافپذیر
پژوهشگران دانشگاه فناوری کوئینزلند (QUT) موفق به توسعه یک نیمهرسانای انعطافپذیر شدهاند که از طریق مهندسی فضای خالی اتمی، قادر به تبدیل مؤثر گرمای بدن به الکتریسیته است. این نوآوری افقهای تازهای برای فناوریهای پوشیدنی گشوده و ترکیبی از انعطافپذیری و کارایی بالای گرمایی-الکتریکی را ارائه میدهد.
در این مطالعه که در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده است، تیم تحقیقاتی نشان دادند چگونه «مهندسی فضای خالی اتمی» میتواند عملکرد نیمهرسانای آلیاژی AgCu (Te,Se,S) ــ متشکل از نقره، مس، تلوریم، سلنیوم و گوگرد ــ را به شکل قابل توجهی بهبود بخشد. این روش از طریق کنترل دقیق فضاهای خالی در ساختار بلوری، توانایی ماده در تبدیل گرما به الکتریسیته را افزایش داده و آن را برای استفاده در دستگاههای پوشیدنی مناسبتر کرده است.
مهندسی فضای خالی اتمی به معنای ایجاد و مدیریت آگاهانه سایتهای خالی اتمی در یک ساختار بلوری است. این روش با تنظیم این فضاهای خالی، امکان تغییر خواص مکانیکی، الکتریکی و گرمایی مواد را فراهم میکند و به توسعه موادی با قابلیتهای نوین از جمله تبدیل انرژی کارآمدتر و انعطافپذیری بیشتر میانجامد.
فرآیند سنتز نیمهرسانای انعطافپذیر
مقاله منتشر شده در Nature Communications فرآیند سنتز این نیمهرسانای انعطافپذیر AgCu (Te,Se,S) را شرح میدهد. این ماده با استفاده از یک روش ذوب ساده و مقرونبهصرفه و با هدایت طراحیهای محاسباتی پیشرفته تولید شده است. به گفته نانهای لی (Nanhai Li)، نویسنده اول مقاله، کنترل دقیق فضاهای خالی اتمی نه تنها توانایی ماده در تبدیل گرما به برق را افزایش داده بلکه خواص مکانیکی عالی نیز به آن بخشیده است، به طوری که میتوان آن را به اشکال مختلف قالبگیری و برای کاربردهای پیچیدهتر به کار گرفت.
به گزارش ساینس دیلی، برای نمایش قابلیتهای عملی این ماده پژوهشگران چندین نمونه از دستگاههای میکرو-انعطافپذیر را طراحی کردند که به راحتی روی بازوی انسان قابل نصب است.
رفع چالشهای کلیدی در فناوریهای پوشیدنی
نانهای لی در این زمینه گفت: «این مطالعه چالش بهبود قابلیت تبدیل گرما به الکتریسیته در نیمهرسانای AgCu (Te,Se,S) را در حالی که ویژگیهای انعطافپذیری و کشسانی آن حفظ شده، هدف قرار داده است؛ ویژگیهایی که برای دستگاههای پوشیدنی بسیار حیاتی هستند.»
وی افزود: «مواد گرمایی-الکتریکی در چند دهه گذشته به دلیل توانایی ویژهشان در تبدیل گرما به برق بدون ایجاد آلودگی، سر و صدا یا نیاز به قطعات متحرک، توجه گستردهای را به خود جلب کردهاند.»
لی همچنین توضیح داد: «بدن انسان به عنوان یک منبع حرارتی پیوسته، تفاوت دمایی خاصی با محیط اطراف ایجاد میکند که هنگام فعالیت بدنی این اختلاف دما افزایش مییابد، و این پتانسیل تبدیل به انرژی برق را تقویت میکند.»
از سوی دیگر، ژی-گانگ چن (Zhi-Gang Chen) از QUT تأکید کرد با پیشرفت سریع الکترونیک انعطافپذیر، نیاز به دستگاههای گرمایی-الکتریکی انعطافپذیر به شدت رو به افزایش است و پژوهشگران این دانشگاه در صف مقدم این حوزه تحقیقاتی قرار دارند.
در یک مطالعه جداگانه که اخیراً در مجله Science منتشر شد، پروفسور چن و تیمش موفق به توسعه یک فیلم فوقالعاده نازک و انعطافپذیر شدند که قادر است نسل آینده دستگاههای پوشیدنی را تنها با استفاده از گرمای بدن تغذیه کند و نیاز به باتری را حذف نماید.
آینده دستگاههای گرمایی-الکتریکی انعطافپذیر
چن با تأکید بر لزوم بررسی طیف گستردهای از امکانات برای پیشرفت فناوری گرمایی-الکتریکی انعطافپذیر گفت: «در حال حاضر، دستگاههای گرمایی-الکتریکی انعطافپذیر عمدتاً با استفاده از مواد غیرآلی لایه نازک، مواد آلی رسوب داده شده روی زیرلایههای انعطافپذیر، یا ترکیبی از هر دو ساخته میشوند.»
وی افزود: «هر دو نوع مواد آلی و غیرآلی دارای محدودیتهایی هستند؛ مواد آلی معمولاً از عملکرد پایین رنج میبرند، در حالی که مواد غیرآلی با وجود رسانایی حرارتی و الکتریکی بهتر، معمولاً شکننده بوده و انعطافپذیری کمی دارند.»
به گفته چن، نوع نیمهرسانایی که در این تحقیق استفاده شده، یکی از معدود مواد غیرآلی است که پتانسیل چشمگیری برای عملکرد گرمایی-الکتریکی انعطافپذیر دارد. با این حال، مکانیزمهای فیزیکی و شیمیایی بنیادی برای بهبود عملکرد آن در حالی که ویژگیهای انعطافپذیری عالی حفظ شود، تاکنون به طور کامل بررسی نشده بود.
انتهای پیام/
