Smartwatch ładowany ciepłem ciała? Znaleźli na to sposób
Czy smartwatch, który noszony nigdy się nie rozładuje, jest realną przyszłością? Dzięki przełomowym badaniom naukowców z Australii wizja ta staje się coraz bardziej prawdopodobna. Innowacyjne elastyczne urządzenia termoelektryczne mogłyby ładować niewielką elektronikę, chociaż to nie jedyne ich potencjalne zastosowanie.
Nasze ciała generują ciepło nieustannie, a naukowcy od lat badają możliwość przekształcenia tej energii w elektryczność. Elastyczne urządzenia termoelektryczne pozwalają na taki proces, przekształcając różnicę temperatur między skórą a otoczeniem w energię elektryczną. Dotychczas jednak ich zastosowanie ograniczało się do niewielkich urządzeń monitorujących zdrowie.
Zespół badawczy pod kierunkiem profesora Zhi-Ganga Chena z Queensland University of Technology w Brisbane dokonał jednak przełomu. Ich nowa technologia może zasilać bardziej wymagające urządzenia, w tym wspomniane smartwatche, jednocześnie zachowując elastyczność i wygodę użytkowania.
Rewolucyjny materiał z prostym procesem produkcji
Nowa generacja elastycznych urządzeń termoelektrycznych została wykonana z tellurku bizmutu – półprzewodnika o stosunkowo prostej metodzie wytwarzania. Badacze opracowali innowacyjny proces produkcji, wykorzystując technikę sitodruku. Dzięki temu możliwe było stworzenie ultracienkiej, zaledwie mikrometrowej (jednej tysięcznej milimetra) warstwy termoelektrycznej, która jednocześnie jest wydajna i elastyczna.
Rekordowa wydajność w rzeczywistych warunkach
W trakcie testów naukowcy osiągnęli wydajność, która do tej pory była nieosiągalna dla materiałów podobnej klasy. Film termoelektryczny generował moc 1,2 miliwata na centymetr kwadratowy przy różnicy temperatur wynoszącej 20 kelwinów. Oznacza to, że podczas zwykłego spaceru w temperaturze około 16°C możliwe jest zasilanie smartwatcha bez potrzeby ładowania.
Kluczem do sukcesu była obecność nanoprętów telluru w tuszu nanoszonym metodą sitodruku. Wypełniły one pory w warstwie bizmutu, zwiększając gęstość materiału i poprawiając jego właściwości przewodzenia. Proces ten nie wpłynął przy tym negatywnie na elastyczność folii.
Chłodzenie procesorów
Technologia termoelektryczna ma także odwrotne zastosowanie – może być wykorzystywana do chłodzenia. Dzięki swojemu ultracienkiemu profilowi, nowa folia mogłaby zostać zintegrowana bezpośrednio z nowoczesnymi procesorami. Badania wykazały, że jest ona w stanie obniżyć temperaturę CPU o 11,7 kelwina przy minimalnym poborze prądu. Otwiera to drogę do bardziej efektywnego chłodzenia procesorów o coraz mniejszych wymiarach.
Przed naukowcami wciąż stoją liczne wyzwania przed wprowadzeniem nowego materiału do masowego użycia. Profesor Chen podkreśla jednak, że prostota ich projektu ułatwia reprodukcję wyników i wdrożenie tej technologii w praktycznych zastosowaniach.
