Smartwatche nowej generacji mogą być zasilane ciepłem ciała dzięki nowemu materiałowi

Ponad 60% globalnej energii jest tracone jako ciepło odpadowe. Aby przechwycić tę utraconą energię, zespół badawczy z Instytutu Chemii Chińskiej Akademii Nauk stworzył wysoce elastyczny materiał, który przekształca ciepło bezpośrednio w energię elektryczną bez wytwarzania zanieczyszczeń. Opublikowany w czasopiśmie Science, nowy nieregularny hierarchiczno-porowaty polimer termoelektryczny oferuje rozwiązanie ciągłego zasilania dla urządzeń do noszenia, takich jak smartwatche, wykorzystując różnice temperatur otoczenia, takie jak ciepło ciała.

Aby materiały te działały efektywnie, muszą dobrze przewodzić energię elektryczną, jednocześnie zapobiegając ucieczce ciepła. Tradycyjnie elastyczne tworzywa sztuczne zmagają się z tą równowagą. Naukowcy rozwiązali ten problem poprzez zmieszanie polimeru ze środkiem oddzielającym, który następnie został usunięty w celu utworzenia sieci losowo ukształtowanych, mikroskopijnych i nanoskalowych otworów. Ta gąbczasta struktura fizycznie blokuje mikroskopijne wibracje, które normalnie przenoszą ciepło przez ciało stałe, skutecznie zmniejszając straty ciepła o 72%.

Jednocześnie ograniczone przestrzenie w porowatej strukturze zmuszają cząsteczki polimeru do upakowania razem znacznie ciaśniej i schludniej niż zwykle. To ulepszone wyrównanie strukturalne tworzy wysoce wydajne kanały, przez które przepływają ładunki elektryczne, zwiększając mobilność elektryczną o co najmniej 25%.

Dzięki skutecznemu oddzieleniu przepływu ciepła od przepływu elektrycznego, zoptymalizowana folia osiągnęła rekordowy wynik wydajności - znany jako termoelektryczna liczba meritów - wynoszący 1,64 w temperaturze około 70 stopni Celsjusza. Ustanawia to nowy punkt odniesienia, przewyższając poprzedni rekord polimeru wynoszący 1,28, a nawet przewyższając elastyczne materiały nieorganiczne. W przeciwieństwie do tradycyjnych wysokowydajnych materiałów, które wymagają złożonego przygotowania, naukowcy twierdzą, że ta nowa folia może być wytwarzana na dużą skalę i przy niskich kosztach przy użyciu prostych technik powlekania natryskowego, podobnych do drukowania gazety.