Новое решение для преобразования тепла человеческого тела: гибкие полупроводники обеспечивают двойной прорыв в энергетике и гибкости

С ростом популярности носимых технологий спрос на гибкие электронные материалы стремительно увеличивается. Исследовательская группа из Технологического университета Квинсленда (QUT) в Австралии недавно опубликовала в журнале Nature Communications новое исследование, в котором представила инновационный гибкий полупроводниковый материал. Этот материал эффективно преобразует тепло человеческого тела в электрическую энергию, прокладывая путь к будущему носимых устройств без батарей.

Инновация через «инженерию вакансий»: управление атомным пространством для повышения термоэлектрической эффективности

Ключ к этому технологическому прорыву лежит в «вакансионной инженерии», которая заключается в регулировании тепловых, электрических и механических свойств материалов путем точного управления вакансиями между атомами в кристаллической структуре. В качестве основы исследовательская группа использовала сплав серебра и меди (теллур, селен, сера) — полупроводниковый материал, состоящий из серебра, меди, теллура, селена и серы. Регулируя внутреннее атомное пространство, он делает его мягким и гибким, а также обладает превосходными термоэлектрическими свойствами.

Доктор Ли Наньхай из QUT объяснил, что управление вакансиями не только повысило эффективность преобразования тепла в электричество, но и обеспечило отличную пластичность и растяжимость материала, что критически важно для создания носимых устройств, плотно прилегающих к телу и стабильно вырабатывающих энергию.

Изготовлено простым методом плавления, может быть прикреплено непосредственно к телу человека.

В отличие от традиционных сложных производственных процессов, этот материал можно синтезировать с помощью простой и экономичной технологии плавления, что делает его практически применимым. Чтобы продемонстрировать его потенциал, исследователи разработали несколько миниатюрных гибких устройств, которые можно непосредственно прикрепить к человеческой руке и стабильно генерировать электричество.

В состав команды, помимо доктора Ли, входят доктор Ши Сяолэй, Лю Сыци, Цао Тяньи, Чжан Минь, Лю Ваньюй, Лю Вэйди, Ци Дунчэнь и профессор Чэнь Чжиган. Исследование охватывает факультеты химии и физики QUT, Центр материаловедения и Центр исследований углеродно-нейтральной и нулевой эмиссии энергии Австралийского исследовательского совета.

Сочетание гибкости и производительности решает давние проблемы носимых устройств

Одной из основных проблем носимых технологий является обеспечение стабильного и постоянного источника питания при сохранении гибкости и комфорта устройств. Человеческое тело само по себе является стабильным источником тепла, особенно во время физической активности, когда возникает значительная разница температур. Если это тепло можно эффективно использовать, оно станет идеальным источником энергии для носимых устройств.

Профессор Чэнь Чжиган отметил, что большинство существующих гибких термоэлектрических материалов являются либо органическими, либо хрупкими неорганическими пленками, которые ограничены в производительности или долговечности. Разработанный ими сплав на основе серебра, меди, теллура, селена и серы — редкий неорганический материал, обладающий превосходной способностью к термоэлектрическому преобразованию, а также отличной гибкостью и растяжимостью, что делает его перспективным основным материалом для будущих термоэлектрических носимых устройств.

Взгляд в будущее: вступят ли гибкие термоэлектрические устройства в эру без батареек?

С продолжающимся развитием гибкой электроники и носимых устройств применение термоэлектрических материалов становится все более важным. Команда QUT в другом исследовании, опубликованном в журнале Science, представила ультратонкую гибкую пленку, способную использовать тепло тела для питания, что может заменить традиционные батареи и привести к более легким и экологически чистым устройствам.

Профессор Чэнь отметил: «Продвижение гибких термоэлектрических технологий зависит от исследования различных возможностей и комбинаций материалов. Это не только технологический прогресс в области преобразования энергии, но и важный шаг к будущему носимых технологий без батарей.»

Литературы

• Разработка нового гибкого полупроводника с использованием инженерии вакансий
• Scientists Unlock New Flexible Semiconductor Using Atomic “Vacancy Engineering”
• «Стратегическая инженерия вакансий продвигает рекордно высокую растяжимость термоэлектрического материала AgCu(Te, Se, S)», авторы: Nan-Hai Li, Xiao-Lei Shi, Si-Qi Liu, Meng Li, Tian-Yi Cao, Min Zhang, Wan-Yu Lyu, Wei-Di Liu, DongChen Qi, опубликовано в Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-025-58104-x

(Источник первой картинки: AI)

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…