پیشرفت نوین: جذب انرژی از گرمای بدن در دستگاه های پوشیدنی

توسعه فناوری جدید برای تأمین انرژی دستگاه‌های پوشیدنی

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه QUT، فیلمی فوق‌العاده نازک و انعطاف‌پذیر را توسعه داده است که می‌تواند انرژی دستگاه‌های پوشیدنی نسل بعدی را با استفاده از حرارت بدن تأمین کند و نیاز به باتری را به کلی از بین ببرد. این فناوری همچنین می‌تواند برای خنک‌سازی تراشه‌های الکترونیکی استفاده شود و به بهبود کارایی گوشی‌های هوشمند و کامپیوترها کمک کند.

پروفسور ژی‌گانگ چن، که تحقیقات جدید تیمش در نشریه Science منتشر شده است، گفت که این پیشرفت به یکی از چالش‌های بزرگ در ایجاد دستگاه‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر که حرارت بدن را به انرژی تبدیل می‌کنند، پاسخ داده است. این رویکرد پتانسیل ارائه یک منبع انرژی پایدار برای الکترونیک‌های پوشیدنی و همچنین یک روش خنک‌کنندگی کارآمد برای تراشه‌ها را دارد.

در کنار پروفسور چن، محققان QUT که در این مطالعه مشارکت داشته‌اند شامل نویسنده اول آقای ونی چن، دکتر شیاولی شی، دکتر منگ لی، آقای یوانچینگ مائو و خانم کینگ‌یی لیو هستند که همگی از مرکز تحقیقاتی ARC در تولید انرژی بدون انتشار کربن، مدرسه شیمی و فیزیک QUT و مرکز علوم مواد QUT می‌باشند. سایر اعضای تیم تحقیقاتی شامل آقای تینگ لیو، پروفسور متیو دارگوش و پروفسور جین زو از دانشگاه کویینزلند و پروفسور گائو کینگ (مکس) لو از دانشگاه سوری هستند.

پروفسور چن گفت: “دستگاه‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر می‌توانند به راحتی روی پوست قرار گیرند و به طور مؤثری اختلاف دما بین بدن انسان و هوای اطراف را به برق تبدیل کنند.”

کاربردهای جدید ترمو الکتریک‌های انعطاف‌پذیر

این فناوری‌ها می‌توانند در فضاهای تنگ، مانند داخل کامپیوتر یا تلفن همراه، به کار گرفته شوند تا به خنک‌سازی تراشه‌ها کمک کرده و عملکرد آن‌ها را بهبود بخشند. دیگر کاربردهای بالقوه شامل مدیریت حرارتی شخصی است، جایی که گرمای بدن می‌تواند برای تأمین انرژی یک سیستم گرمایش، تهویه و سرمایش پوشیدنی استفاده شود.

با این حال، چالش‌هایی مانند محدودیت در انعطاف‌پذیری، فرآیند تولید پیچیده، هزینه‌های بالا و عملکرد ناکافی مانع از دستیابی این دستگاه‌ها به مقیاس تجاری شده است. بیشتر تحقیقات در این حوزه بر روی ترمو الکتریک‌های مبتنی بر بیسموت تلورید متمرکز است، زیرا این مواد به خاطر ویژگی‌های بالای خود در تبدیل حرارت به برق، برای کاربردهای کم‌مصرف مانند مانیتورهای ضربان قلب، دما و حرکت ایده‌آل هستند.

فناوری نوآورانه در تولید فیلم‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی یک فناوری مقرون به صرفه برای تولید فیلم‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر معرفی کرد که از بلورهای ریز یا “نانوبایندرها” استفاده می‌کند. این بلورها لایه‌ای یکنواخت از ورق‌های بیسموت تلورید را تشکیل می‌دهند و هم کارایی و هم انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهند. پروفسور چن گفت: “ما یک فیلم چاپی به اندازه A4 با عملکرد ترمو الکتریک بی‌نظیر، انعطاف‌پذیری استثنایی، قابلیت مقیاس‌پذیری و هزینه پایین ایجاد کردیم که آن را به یکی از بهترین ترمو الکتریک‌های انعطاف‌پذیر موجود تبدیل کرده است.”

تیم تحقیقاتی از “سنتز حلّال‌حرارتی” استفاده کرد، یک تکنیک که بلورهای نانو را در یک حلال تحت دما و فشار بالا تشکیل می‌دهد و با “چاپ صفحه‌ای” و “سینترینگ” ترکیب شده است. روش چاپ صفحه‌ای امکان تولید فیلم در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کند، در حالی که سینترینگ فیلم‌ها را به نزدیک نقطه ذوب گرم کرده و ذرات را به هم متصل می‌کند.

آقای ونی چن گفت که تکنیک آن‌ها می‌تواند با سیستم‌های دیگر نیز کار کند، مانند ترمو الکتریک‌های مبتنی بر سلنید نقره، که احتمالاً ارزان‌تر و پایدارتر از مواد سنتی هستند. او افزود: “این انعطاف‌پذیری در مواد نشان‌دهنده امکانات گسترده‌ای است که رویکرد ما برای پیشرفت فناوری ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد.”