Команда Пекинского университета представила первую эластичную термоэлектрическую резину, обеспечивающую непрерывное питание носимых устройств, средств дистанционной связи и медицинских приборов.
Двое тянут резинку (иллюстративное изображение)
kemalbas/iStock
Китайские исследователи создали первый в мире резиновый браслет, преобразующий тепло тела в электричество. Это открытие может позволить умным часам и другим носимым устройствам заряжаться автоматически без громоздких аккумуляторов и частой подзарядки.
Команда заявила, что материал сочетает в себе эластичность и эффективное термоэлектрическое преобразование — комбинация, невиданная ранее.
«До сих пор все известные высокоэффективные термоэлектрические материалы демонстрировали только гибкость, а не эластичность», — пишут исследователи.
Тепло тела для преобразования энергии в энергию
Инновация основана на термоэлектрических принципах, где разница температур генерирует энергию. Паровая машина Уатта когда-то преобразовывала тепло кипящей воды в движение. Теперь учёные пытаются использовать меньшую разницу температур между человеческим телом и окружающим воздухом.
Температура тела остается около 37 градусов Цельсия (98,6 по Фаренгейту), тогда как температура окружающего воздуха обычно колеблется от 20 до 30 градусов Цельсия (от 68 до 86 по Фаренгейту).
Китайская группа разработала материал, который использует этот градиент для выработки электроэнергии.
Термоэлектрические материалы не новы. Космические зонды уже давно используют радиоактивные изотопы для генерации энергии в условиях отсутствия солнечной энергии. Однако большинство существующих материалов либо слишком жёсткие, либо теряют свои свойства при растяжении.
Лэй Тин, материаловед из Пекинского университета и автор-корреспондент, рассказал журналу SCMP о новинке. «Мы первые в мире предложили концепцию термоэлектрической резины», — сказал он.
Лэй сказал, что его команде нужен материал, который мог бы гнуться, растягиваться и прилегать к коже. «Такие тепловые устройства удобны для ношения и эффективно преобразуют тепловую энергию тела в электрическую с меньшими потерями тепла», — добавил он. Он также отметил, что теоретически такой материал мог бы обеспечивать электроэнергией неограниченное время, если бы не был повреждён.
Прогресс стал возможным благодаря смешиванию полупроводниковых полимеров с эластичной резиной. Исследователи разработали сеть нановолокон, которая обеспечивает как растяжимость, так и проводимость.
После обработки материал растянулся более чем на 850% от своей первоначальной длины. При растяжении на 150% он восстановил более 90% своей формы, что сопоставимо с натуральным каучуком.
Специальные легирующие присадки ещё больше повысили его характеристики. Эти присадки обеспечили термоэлектрические свойства при комнатной температуре, сопоставимые с традиционными неорганическими материалами.
Это достижение знаменует собой прогресс в области эластомеров n-типа, то есть материалов, проводящих электроны и сохраняющих проводимость при механической нагрузке. До сих пор достижение эластичности и высокой электрической мощности в системах n-типа оставалось нерешённой задачей.
Более широкие применения
Лэй рассказал SCMP, что исследование не ограничивается зарядкой носимых устройств. «Речь идёт не только о зарядке носимых устройств», — сказал он, отметив возможное применение в дистанционной связи. Например, устройства могут получать энергию от тепла, выделяемого при пожаре.
Группа также намерена интегрировать резину в одежду. Такая одежда могла бы заряжать телефон в кармане, используя полупроводниковые провода для отвода тепла тела наружу и регулирования температуры.
Медицинское применение — ещё один аспект. Пациенты с сердечно-сосудистыми заболеваниями часто носят устройства мониторинга в течение недели, требующие ёмких батарей. Новый материал может заменить их лёгкими датчиками, питающимися непосредственно от тепла тела.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
Sourse: interestingengineering.com
