انقلابی برای نزدیک‌تر شدن به دستگاه‌های پوشیدنی با نیروی گرمای بدن

توسعه فیلم فوق‌نازک و انعطاف‌پذیر برای تأمین انرژی دستگاه‌های پوشیدنی

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دانشگاه فناوری کوئینزلند (QUT) موفق به توسعه یک فیلم فوق‌نازک و انعطاف‌پذیر شده است که می‌تواند دستگاه‌های پوشیدنی نسل آینده را با استفاده از حرارت بدن تأمین انرژی کند و نیاز به باتری را از بین ببرد. این فناوری همچنین می‌تواند برای خنک‌سازی تراشه‌های الکترونیکی استفاده شده و به بهبود کارایی گوشی‌های هوشمند و کامپیوترها کمک کند.

پروفسور ژی‌گانگ چن، که نتایج تحقیقات جدید تیمش در نشریه Science منتشر شده است، گفت که این پیشرفت به چالش بزرگی در ایجاد دستگاه‌های ترموالکتریک انعطاف‌پذیر که حرارت بدن را به انرژی تبدیل می‌کنند، پاسخ داده است. این رویکرد پتانسیل ایجاد یک منبع انرژی پایدار برای الکترونیک‌های پوشیدنی و همچنین یک روش خنک‌کنندگی کارآمد برای تراشه‌ها را فراهم می‌کند.

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

پروفسور چن در این باره گفت: «دستگاه‌های ترموالکتریک انعطاف‌پذیر می‌توانند به راحتی بر 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 ممکن شامل مدیریت حرارتی شخصی است، جایی که گرمای بدن می‌تواند منبعی برای سیستم‌های گرمایش، تهویه و سرمایش پوشیدنی باشد.

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

تکنولوژی جدید برای فیلم‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر

در این مطالعه، تیم تحقیقاتی یک فناوری مقرون‌به‌صرفه برای تولید فیلم‌های ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر معرفی کرده است که از کریستال‌های ریز یا “نانوبایندرها” استفاده می‌کند. این نانوبایندرها لایه‌ای یکنواخت از ورق‌های بیسموت تلورید تشکیل می‌دهند و هم کارایی و هم انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهند. پروفسور چن گفت: “ما یک فیلم قابل چاپ 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 می‌کند.”

تیم از “سنتز حلّال حرارتی” استفاده کرد، یک تکنیک که نانوکریستال‌ها را در یک حلال تحت دما و فشار بالا تشکیل می‌دهد و با “چاپ صفحه‌ای” و “سینتر کردن” ترکیب می‌شود. روش چاپ صفحه‌ای امکان تولید فیلم در مقیاس بزرگ را فراهم می‌کند، در حالی که سینتر کردن فیلم‌ها را به نقطه ذوب نزدیک می‌کند 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 ممکن است ارزان‌تر و پایدارتر از مواد سنتی باشند. او افزود: “این انعطاف‌پذیری در مواد نشان‌دهنده امکانات گسترده‌ای است که رویکرد ما برای پیشرفت فناوری ترمو الکتریک انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد.”