Исследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) совершили прорыв в области термоэлектрических материалов, разработав метод 3D-печати для создания высокоэффективных и устойчивых термоэлектрических охладителей. Эта инновация может значительно снизить затраты на производство и открыть новые возможности для применения в электронике, медицине и энергетике. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Термоэлектрические материалы способны преобразовывать разность температур в электрическое напряжение и наоборот. Это делает их идеальными для создания устройств, которые могут локально управлять теплом, например, для охлаждения электроники или лечения ожогов. Однако традиционные методы производства таких материалов дорогостоящи, энергоёмки и сопровождаются большим количеством отходов. Кроме того, их эффективность часто ограничена.
Команда исследователей под руководством профессора Марии Ибаньес и постдока Шенгдуо Сюй разработала метод 3D-печати, который позволяет создавать термоэлектрические материалы с высокой производительностью и минимальными затратами. В отличие от традиционных методов, которые требуют обработки слитков и приводят к значительным потерям материала, 3D-печать позволяет изготавливать материалы точно заданной формы и размера.
«Наша технология значительно повышает эффективность производства и снижает затраты, — говорит Шенгдуо Сюй. — Кроме того, наши материалы демонстрируют охлаждающий эффект до 50 градусов на воздухе, что сравнимо с устройствами, произведёнными традиционными методами».
Исследователи использовали технологию 3D-печати на основе экструзии, разработав специальные чернила. Эти чернила состоят из термоэлектрических частиц, которые при испарении растворителя образуют прочные атомные связи между собой. Это улучшает перенос заряда между частицами и повышает общую эффективность материала.
«Мы оптимизировали состав чернил, чтобы обеспечить целостность структуры и улучшить сцепление частиц, — объясняет Мария Ибаньес. — Это позволило нам создать термоэлектрические охладители, которые по производительности не уступают устройствам, изготовленным из слитков, но при этом требуют меньше материала и энергии».
Термоэлектрические охладители, созданные с помощью 3D-печати, могут найти применение в различных областях:
- Электроника: для локального охлаждения компонентов, что особенно важно для миниатюрных устройств.
- Медицина: для лечения ожогов, снятия мышечного напряжения и других терапевтических целей.
- Энергетика: для создания термоэлектрических генераторов, которые преобразуют разность температур в электричество, что может быть полезно для сбора отработанной энергии.
Кроме того, разработанный метод составления чернил может быть адаптирован для других материалов, что открывает новые возможности для создания высокотемпературных термоэлектрических генераторов.
Одним из ключевых преимуществ новой технологии является её устойчивость. Традиционные методы производства термоэлектрических материалов требуют значительных энергозатрат и приводят к образованию большого количества отходов. 3D-печать позволяет минимизировать эти потери, делая процесс более экологически friendly.
«Мы предлагаем масштабируемый и экономически эффективный метод производства, который обходит энергоёмкие и трудоёмкие этапы традиционного производства», — говорит Шенгдуо Сюй.
Исследователи ISTA уверены, что их работа знаменует начало новой эры в производстве термоэлектрических устройств. «Мы успешно реализовали подход полного цикла — от оптимизации сырья до создания стабильного и высокопроизводительного продукта, — говорит Мария Ибаньес. — Это революционное решение, которое может изменить будущее термоэлектрических технологий».
С внедрением этой технологии производство термоэлектрических материалов станет более доступным, что откроет новые горизонты для их применения в различных отраслях, от медицины до энергетики.
Источник: https://ist.ac.at/en/news/cooling-materials-out-of-the-3d-printer/
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/