โซลูชันใหม่สำหรับพลังงานความร้อนในร่างกายมนุษย์: เซมิคอนดักเตอร์แบบยืดหยุ่นประสบความสำเร็จในความก้าวหน้าด้านพลังงานและความยืดหยุ่น

เนื่องจากเทคโนโลยีสวมใส่ได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้น ความต้องการวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเช่นกัน ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีควีนส์แลนด์ (QUT) ในออสเตรเลียเผยแพร่ผลการศึกษาใหม่ในวารสาร Nature Communications เมื่อเร็ว ๆ นี้ โดยประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบยืดหยุ่นประเภทใหม่ที่สามารถแปลงความร้อนในร่างกายของมนุษย์เป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยปูทางไปสู่อุปกรณ์สวมใส่ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ในอนาคต

นวัตกรรมมาจาก “Vacancy Engineering” การควบคุมพื้นที่อะตอมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพเทอร์โมอิเล็กทริก

กุญแจสำคัญของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีครั้งนี้อยู่ที่ “วิศวกรรมช่องว่าง” ซึ่งก็คือการปรับคุณสมบัติทางความร้อน ไฟฟ้า และกลของวัสดุด้วยการควบคุมช่องว่างระหว่างอะตอมในโครงสร้างผลึกอย่างแม่นยำ ทีมนักวิจัยได้ใช้โลหะผสมเงิน-ทองแดง (เทลลูเรียม ซีลีเนียม กำมะถัน) เป็นพื้นฐาน ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ประกอบด้วยเงิน ทองแดง เทลลูเรียม ซีลีเนียม และกำมะถัน ด้วยการควบคุมพื้นที่อะตอมภายใน ทำให้มันนิ่มและโค้งงอได้ พร้อมทั้งมีคุณสมบัติเทอร์โมอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยม

ดร. หนานไห่ หลี่ จาก QUT อธิบายว่า การจัดการช่องว่างไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าของวัสดุเท่านั้น แต่ยังทำให้วัสดุมีความยืดหยุ่นและพลาสติกได้ดีอีกด้วย ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบอุปกรณ์สวมใส่ที่พอดีกับร่างกายมนุษย์และสร้างไฟฟ้าที่เสถียร

ผลิตโดยวิธีการหลอมละลายแบบเรียบง่าย สามารถติดกับร่างกายมนุษย์ได้โดยตรง

วัสดุนี้สามารถสังเคราะห์ได้โดยใช้วิธีการหลอมที่เรียบง่ายและคุ้มต้นทุนซึ่งมีคุณค่าในทางปฏิบัติ ซึ่งแตกต่างจากกระบวนการที่ซับซ้อนแบบเดิม เพื่อตรวจยืนยันศักยภาพในการนำไปใช้งานจริง นักวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์ไมโครยืดหยุ่นหลายชนิดที่สามารถติดเข้ากับแขนของมนุษย์ได้โดยตรงและสร้างกระแสไฟฟ้าได้อย่างเสถียร

นอกจากดร.หลี่แล้ว สมาชิกในทีมยังรวมถึงดร.ชิ เสี่ยวเล่ย, หลิว ซีฉี, เฉา เทียนยี่, จาง มิน, หลู่ หว่านหยู, หลิว เว่ยตี้, ชี ตงเฉิน และศาสตราจารย์เฉิน จื้อกัง หัวหน้างาน การวิจัยนี้ครอบคลุมถึงโรงเรียนเคมีและฟิสิกส์ของ QUT ศูนย์วิทยาศาสตร์วัสดุ และศูนย์วิจัยการผลิตพลังงานปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ที่เป็นกลางคาร์บอนของสภาวิจัยออสเตรเลีย

ความยืดหยุ่นและประสิทธิภาพผสมผสานกันเพื่อแก้ปัญหาระยะยาวของอุปกรณ์สวมใส่

ความท้าทายหลักประการหนึ่งของเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้คือการจัดหาแหล่งพลังงานที่เสถียรและต่อเนื่อง พร้อมทั้งยังคงให้อุปกรณ์มีความยืดหยุ่นและสะดวกสบาย ร่างกายของมนุษย์เป็นแหล่งความร้อนที่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อออกกำลังกาย ซึ่งจะทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ หากสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ก็จะกลายเป็นแหล่งพลังงานที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ได้

ศาสตราจารย์จื้อกัง เฉิน กล่าวว่า ในอดีต วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกที่ยืดหยุ่นได้หลักๆ ส่วนใหญ่เป็นวัสดุอินทรีย์หรือฟิล์มอนินทรีย์ที่เปราะบาง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีข้อจำกัดในด้านประสิทธิภาพหรือความทนทาน โลหะผสมเงิน-ทองแดง (เทลลูเรียม ซีลีเนียม และกำมะถัน) ที่ใช้ในการศึกษานี้เป็นวัสดุอนินทรีย์หายากซึ่งไม่เพียงแต่มีความสามารถในการแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยมเท่านั้น แต่ยังมีความยืดหยุ่นและความเหนียวที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเป็นวัสดุแกนหลักสำหรับอุปกรณ์สวมใส่เทอร์โมอิเล็กทริกในอนาคต

มองไปสู่อนาคต: อุปกรณ์เทอร์โมอิเล็กทริกที่ยืดหยุ่นได้จะเข้าสู่ยุคปลอดแบตเตอรี่หรือไม่?

ในขณะที่เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นและอุปกรณ์สวมใส่ยังคงพัฒนาต่อไป การประยุกต์ใช้วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกจะมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้น ในการศึกษาวิจัยอีกกรณีหนึ่งที่ตีพิมพ์ในวารสาร Science ทีมงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีควีนส์แลนด์ได้สาธิตฟิล์มยืดหยุ่นบางเฉียบที่สามารถใช้ความร้อนของร่างกายเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งคาดว่าจะมาทดแทนแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม และทำให้การออกแบบอุปกรณ์มีน้ำหนักเบากว่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

ศาสตราจารย์เฉินชี้ให้เห็นว่า “กุญแจสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีเทอร์โมอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นอยู่ที่การสำรวจความเป็นไปได้และการผสมผสานวัสดุที่หลากหลาย ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการแปลงพลังงานเท่านั้น แต่ยังเป็นก้าวสำคัญสู่เทคโนโลยีสวมใส่ที่ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ในอนาคตอีกด้วย”

อ้างอิง

• การใช้วิศวกรรมช่องว่างอะตอมเพื่อพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์แบบยืดหยุ่นชนิดใหม่
• นักวิทยาศาสตร์ปลดล็อกสารกึ่งตัวนำแบบยืดหยุ่นชนิดใหม่โดยใช้ “วิศวกรรมว่าง” ของอะตอม
• “วิศวกรรมช่องว่างเชิงกลยุทธ์ทำให้วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริก AgCu(Te, Se, S) ที่มีความเหนียวสูงทำลายสถิติ” โดย Nan-Hai Li, Xiao-Lei Shi, Si-Qi Liu, Meng Li, Tian-Yi Cao, Min Zhang, Wan-Yu Lyu, Wei-Di-Tu Liu, DongChen Qi 25 มีนาคม 2020 การสื่อสารทางธรรมชาติ ดอย: 10.1038/s41467-025-58104-x

(ที่มาของภาพแรก : AI)

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

คุณอาจสนใจ…