نخ‌های نانویی از گرمای بدن برق تولید می‌کنند

به گزارش خبرگزاری مهر، محققان کره‌ای، ماده ترموالکتریکی ساختند که می‌تواند در دستگاه‌های پوشیدنی مانند لباس هوشمند مورد استفاده قرار گیرد و عملکرد انرژی حرارتی پایدار را حتی در محیط‌های خشن حفظ کند. این امر به طرز چشمگیری معضل فقدان تعادل بین دستیابی به عملکرد خوب و انعطاف‌پذیری مکانیکی مواد ترموالکتریک را برطرف کرده است. این مشکل در زمینه مواد ترموالکتریک یک چالش قدیمی بوده که رفع آن می‌تواند تجاری‌سازی مواد ترموالکتریک را تسریع کند.

تیم تحقیقاتی مشترک استاد یئون سیک یونگ از گروه علوم و مهندسی مواد و اینکیو پارک از گروه مهندسی مکانیک، با همکاری تیم‌های تحقیقاتی پروفسور مین ووک از دانشگاه ملی هانبات و جون-هو جئونگ از انستیتوی ماشین‌آلات و مواد کره، با موفقیت الیاف ترموالکتریک بیسموت تلورید (Bi۲Te۳) را توسعه داده‌اند، که یک راه‌حل نوآورانه برداشت انرژی برای دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر نسل بعدی است.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Flexible All‐Inorganic Thermoelectric Yarns در نشریه Advanced Pathers منتشر شده است.

مواد ترموالکتریک موادی هستند که در صورت وجود اختلاف دما، ولتاژ تولید می‌کنند، آن‌ها انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. در حال حاضر، حدود ۷۰ ٪ انرژی از دست رفته به صورت گرما هدر می‌رود ، بنابراین توجه به تحقیقات در این مورد اهمیت زیادی دارد.

بیشتر منابع گرمای اطراف ما مانند بدن انسان و لوله‌های اگزوز وسیله نقلیه به صورت سطح انحنادار هستند. مواد ترموالکتریک معدنی مبتنی بر مواد سرامیکی دارای عملکرد ترموالکتریک بالایی هستند، اما تولید آن‌ها شکننده و در اشکال خمیده دشوار است. در همین حال، مواد ترموالکتریک انعطاف‌پذیر با استفاده از اتصال‌دهنده‌های پلیمری موجود می‌توانند در سطوح اشکال مختلف اعمال شوند، اما عملکرد آن‌ها به دلیل هدایت الکتریکی کم و مقاومت حرارتی بالا پلیمر محدود شده است.

مواد ترموالکتریک معدنی که توسط این تیم تحقیق تولید می‌شود انعطاف‌پذیر نیست، بنابراین محققان با پیچاندن روبان‌های نانویی به جای افزودنی‌ها برای تولید یک ماده ترموالکتریک به شکل نخ، بر این محدودیت‌ها غلبه کردند.

پژوهشگران از یک روش رسوب پرتو الکترونی مبتنی بر نانوقالب برای رسوب مستمر روبان‌های نانویی استفاده کرده و سپس آن‌ها را به شکل نخ در آوردند تا الیاف ترموالکتریکی معدنی بیسموت تلورید را تولید کنند.

این الیاف ترموالکتریک معدنی دارای مقاومت خمشی بالاتری نسبت به مواد ترموالکتریک موجود هستند و حتی پس از تست‌های خمش مکرر و کششی بیش از ۱۰۰۰ بار، تقریباً هیچ تغییری در خواص الکتریکی آن‌ها ایجاد نمی‌شود. دستگاه ترموالکتریک ایجاد شده توسط این تیم تحقیق با استفاده از اختلاف دما برق تولید می‌کند و اگر لباسی با دستگاه‌های ترموالکتریک از این نوع فیبر ساخته شود، می‌توان برق را از دمای بدن تولید کرد تا سایر دستگاه‌های الکترونیکی را تغذیه کند.