Исследователи из Технологического университета Квинсленда (QUT) представили инновационный подход к созданию гибких термоэлектрических полупроводников, способных эффективно преобразовывать тепло человеческого тела в электричество. Основой нового материала стал сплав AgCu, содержащий серебро, медь, теллур, селен и серу.
Ключевым элементом технологии стала "инженерия вакансий" — методика, позволяющая точно контролировать пустоты (вакансии) в кристаллической решётке материала. Благодаря этому учёным удалось не только повысить термоэлектрическую эффективность сплава, но и значительно улучшить его механические свойства, сделав материал гибким и податливым для использования в носимой электронике.
Простое и доступное производство
Новый материал создаётся с помощью простого и экономически эффективного метода плавления, что делает его перспективным для масштабного применения. Точный контроль распределения вакансий в кристалле усиливает способность материала к преобразованию тепла в электричество, сохраняя при этом его гибкость и устойчивость к деформациям.
В рамках эксперимента команда QUT создала несколько гибких микроскопических устройств, которые можно легко прикрепить к коже, например, к запястью. Эти устройства демонстрируют потенциал технологии для практического применения в носимой электронике.
«Наша цель заключалась в том, чтобы повысить термоэлектрическую эффективность AgCu-полупроводников, сохранив их гибкость и растяжимость — два ключевых свойства для носимых устройств», — пояснил Нанхай Ли, первый автор исследования.
Тепло тела как источник энергии
Термоэлектрические материалы вызывают всё больший интерес благодаря своей способности преобразовывать тепло в электричество без выбросов, шума и движущихся частей. По словам исследователей, человеческое тело, будучи постоянным источником тепла, создаёт температурный градиент с окружающей средой. Этот эффект особенно усиливается при физической активности, открывая возможности для автономного питания устройств.
Устойчивый рост интереса к термоэлектрическим технологиям
С развитием гибкой электроники растёт и спрос на гибкие термоэлектрические решения. Параллельно с исследованием QUT, в Австралийском исследовательском центре ARC по производству энергии с нулевыми выбросами была разработана ультратонкая термоэлектрическая плёнка, способная питать устройства следующего поколения, полностью исключая необходимость в батареях.
«Будущее гибкой термоэлектрической электроники зависит от изучения широкого спектра материалов», — отметил профессор Чжи-Ганг Чен, соавтор исследования и эксперт в области устойчивой энергетики.
«Сегодня используются как органические, так и неорганические материалы. У первых — ограниченная эффективность, у вторых — высокая проводимость, но низкая гибкость. Новый материал представляет собой редкий неорганический полупроводник, способный объединить лучшее из двух миров».
Несмотря на перспективы, исследователи подчёркивают, что фундаментальные физико-химические процессы, лежащие в основе его высокой производительности и гибкости, ещё предстоит глубже изучить.
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/