Naukowcy opracowali elastyczny, trwały prototyp elektroniczny, który może zbierać energię z ciepła ciała i zamieniać ją na energię elektryczną, która może być używana do zasilania małych urządzeń elektronicznych, takich jak baterie, czujniki lub diody LED. To urządzenie jest również wytrzymałe — nadal działa nawet po wielokrotnym przebiciu i rozciągnięciu 2000 razy.
Miałem tę wizję dawno temu —mówił starszy autor Mohammad Malakooti, adiunkt na wydziale inżynierii mechanicznej Uniwersytetu Waszyngtońskiego. – Kiedy przyłożysz to urządzenie do skóry, wykorzystuje ono ciepło twojego ciała do bezpośredniego zasilania diody LED. Gdy tylko założysz urządzenie, dioda LED się zapala. Wcześniej nie było to możliwe.
Tradycyjnie urządzenia wykorzystujące ciepło do wytwarzania prądu są sztywne i kruche, ale Malakooti i jego zespół stworzyli wcześniej urządzenie, które jest bardzo elastyczne i miękkie, dzięki czemu może dopasować się do kształtu ludzkiego ramienia.
Składa się z trzech głównych warstw. W centrum znajdują się sztywne półprzewodniki termoelektryczne, które zamieniają ciepło na energię elektryczną. Te półprzewodniki są otoczone kompozytami drukowanymi w technologii 3D o niskiej przewodności cieplnej, co zwiększa konwersję energii i zmniejsza wagę urządzenia. Aby zapewnić rozciągliwość, przewodność i samonaprawianie elektryczne, półprzewodniki są połączone za pomocą drukowanych śladów ciekłego metalu. Ponadto w zewnętrznych warstwach osadzone są krople ciekłego metalu, aby poprawić przenoszenie ciepła do półprzewodników i zachować elastyczność, ponieważ metal pozostaje ciekły w temperaturze pokojowej. Wszystko, z wyjątkiem półprzewodników, zostało zaprojektowane i opracowane w laboratorium Malakootiego.
Oprócz urządzeń do noszenia, te wynalazki mogą być przydatne w innych zastosowaniach. Jeden z pomysłów polega na użyciu tych urządzeń z elektroniką, która się nagrzewa.
Można sobie wyobrazić przyklejanie ich do ciepłej elektroniki i wykorzystywanie nadmiaru ciepła do zasilania małych czujników” — powiedział Malakooti. – Może to być szczególnie pomocne w centrach danych, gdzie serwery i sprzęt komputerowy zużywają znaczną ilość energii elektrycznej i generują ciepło, co wymaga jeszcze większej ilości energii elektrycznej, aby je chłodzić. Nasze urządzenia mogą przechwytywać to ciepło i ponownie wykorzystywać je do zasilania czujników temperatury i wilgotności. To podejście jest bardziej zrównoważone, ponieważ tworzy samodzielny system, który monitoruje warunki, jednocześnie zmniejszając ogólne zużycie energii. Ponadto nie trzeba się martwić o konserwację, wymianę baterii ani dodawanie nowego okablowania.
Urządzenia te działają również odwrotnie, tzn. po podaniu prądu mogą ogrzewać lub chłodzić powierzchnie, co otwiera nowe możliwości ich zastosowań.
Mamy nadzieję, że pewnego dnia dodamy tę technologię do systemów rzeczywistości wirtualnej i innych akcesoriów do noszenia, aby tworzyć wrażenia gorąca i zimna na skórze lub zwiększać ogólny komfort — powiedział Malakooti. Ale jeszcze tam nie jesteśmy. Na razie zaczynamy od urządzeń do noszenia, które są wydajne, trwałe i zapewniają sprzężenie zwrotne temperatury.
Dodatkowymi współautorami są Youngshang Han, doktorant UW w dziedzinie inżynierii mechanicznej, i Halil Tetik, który ukończył te badania jako stypendysta podoktorski UW w dziedzinie inżynierii mechanicznej, a obecnie jest adiunktem w Izmir Institute of Technology. Malakooti i Han są członkami UW Institute for Nano-Engineered Systems. Badania te zostały sfinansowane przez National Science Foundation, Meta i The Boeing Company.
Źródło: materiały Uniwerystetu Waszyngtońskiego, grafika: jcomp/Freepik
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.