اولین کش لاستیکی ترموالکتریک جهان که از گرمای بدن برق تولید می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محققان چینی اولین کش لاستیکی جهان را ساخته‌اند که گرمای بدن را به برق تبدیل می‌کند. این دستاورد می‌تواند به ساعت‌های هوشمند و سایر دستگاه‌های پوشیدنی اجازه دهد تا بدون باتری‌های حجیم یا شارژ مکرر، به طور خودکار شارژ شوند.

 

این تیم تحقیقاتی اعلام کرد که این ماده، خاصیت ارتجاعی را با تبدیل ترموالکتریک کارآمد ترکیب می‌کند، ترکیبی که قبلاً دیده نشده است.

 

محققان نوشتند: «تاکنون، تمام مواد ترموالکتریک با عملکرد بالا که گزارش شده‌اند، تنها انعطاف‌پذیری را به جای خاصیت ارتجاعی نشان داده‌اند.»

 

گرمای بدن به قدرت

 

این نوآوری بر اساس اصول ترموالکتریک بنا شده است، جایی که اختلاف دما باعث تولید نیرو می‌شود. موتور بخار وات زمانی گرمای آب جوش را به حرکت تبدیل می‌کرد. اکنون، دانشمندان در تلاشند تا از اختلاف دمای کمتر بین بدن انسان و هوای اطراف آن بهره‌برداری کنند.

 

دمای بدن حدود ۳۷ درجه سانتیگراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) باقی می‌ماند، در حالی که دمای هوای محیط معمولاً بین ۲۰ تا ۳۰ درجه سانتیگراد (۶۸ تا ۸۶ درجه فارنهایت) است.

 

تیم چینی ماده‌ای را توسعه داده است که از این گرادیان برای تولید برق استفاده می‌کند.

 

مواد ترموالکتریک چیز جدیدی نیستند. کاوشگر‌های فضایی مدت‌هاست که برای تولید نیرو در جایی که انرژی خورشیدی در دسترس نیست، به ایزوتوپ‌های رادیواکتیو متکی بوده‌اند. اما اکثر مواد موجود یا بیش از حد سفت و سخت هستند یا هنگام کشش عملکرد خود را از دست می‌دهند.

 

لی تینگ، دانشمند مواد در دانشگاه پکن و نویسنده مسئول، این نوآوری را برای SCMP توضیح داد. او گفت: «ما اولین کسانی در جهان هستیم که مفهوم لاستیک ترموالکتریک را پیشنهاد می‌دهیم.»

 

لی گفت تیمش ماده‌ای می‌خواست که بتواند خم شود، کش بیاید و به پوست بچسبد. او افزود: «چنین دستگاه‌های حرارتی راحت پوشیده می‌شوند و انرژی گرمایی بدن را با کمترین اتلاف گرما به طور مؤثر به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.» او گفت که از نظر تئوری، اگر این ماده آسیب نبیند، می‌تواند به طور نامحدود به تأمین انرژی ادامه دهد.

 

این پیشرفت از ترکیب پلیمر‌های نیمه‌رسانا با لاستیک الاستیک حاصل شده است. محققان یک شبکه نانوفیبری را مهندسی کردند تا هم به کشش‌پذیری و هم به رسانایی دست یابند.

 

پس از عملیات، این ماده تا بیش از ۸۵۰ درصد طول اولیه خود کشیده شد. وقتی تا ۱۵۰ درصد کشیده شد، بیش از ۹۰ درصد شکل خود را بازیابی کرد که با لاستیک طبیعی قابل مقایسه است.

 

عوامل دوپینگ ویژه، عملکرد آن را بیش از پیش افزایش دادند. این دوپینگ‌ها خواص ترموالکتریکی در دمای اتاق ایجاد کردند که با مواد معدنی مرسوم رقابت می‌کند.

 

این پیشرفت نشان‌دهنده پیشرفت در الاستومر‌های نوع n است، که به موادی اشاره دارد که الکترون‌ها را هدایت می‌کنند و رسانایی را تحت فشار مکانیکی حفظ می‌کنند. تاکنون، دستیابی به خاصیت ارتجاعی در کنار خروجی الکتریکی بالا در سیستم‌های نوع n دور از دسترس بوده است.

 

کاربرد‌های گسترده‌تر

 

لی به SCMP گفت که این تحقیق محدود به شارژ پوشیدنی‌ها نیست. او با اشاره به کاربرد‌های احتمالی در ارتباطات از راه دور گفت: «این فقط مربوط به شارژ پوشیدنی‌ها نیست.» به عنوان مثال، دستگاه‌ها می‌توانند از گرمای تولید شده توسط آتش، برق بگیرند.

 

این گروه همچنین قصد دارد این لاستیک را در لباس‌ها ادغام کند. چنین لباس‌هایی می‌توانند ضمن استفاده از سیم‌های نیمه‌رسانا برای انتقال گرمای بدن به بیرون و تنظیم دما، تلفن همراه را در جیب شارژ کنند.

 

کاربرد‌های پزشکی یکی دیگر از موارد مورد توجه است. بیماران قلبی عروقی اغلب به مدت یک هفته دستگاه‌های نظارتی را استفاده می‌کنند که به باتری‌های بزرگی نیاز دارند. این ماده جدید می‌تواند جایگزین حسگر‌های سبک وزنی شود که مستقیماً از گرمای بدن نیرو می‌گیرند.

 

این مطالعه در مجله نیچر منتشر شده است.