Носимые устройства, питающиеся от тепла человеческого тела, перестают быть научной фантастикой благодаря новому исследованию австралийских ученых. Команда исследователей из Квинслендского технологического университета (QUT) под руководством профессора Чжи-Гана Чена разработала инновационную ультратонкую и гибкую пленку, способную генерировать электроэнергию непосредственно из тепла, излучаемого человеческим телом. Это изобретение открывает большие перспективы для разработки носимой электроники нового поколения, полностью автономной от традиционных батарей.

Помимо использования в носимой электронике, технология может стать эффективным инструментом охлаждения для электронных компонентов, таких как процессоры в смартфонах и компьютерах. Это позволит увеличить их производительность и снизить энергопотребление.

Профессор Чжи-Ган Чен, руководитель команды исследователей, отмечает, что эта работа преодолевает важные технические барьеры в области создания гибких термоэлектрических устройств. Речь идет о приборах, способных генерировать электричество за счет разницы температур между телом человека и окружающей средой.

Новое устройство можно носить прямо на коже, где оно незаметно и удобно преобразует тепло тела в электрическую энергию. Перспективная технология также открывает большие возможности для разработки полностью автономных гаджетов для мониторинга состояния здоровья, таких как датчики сердечного ритма или уровня активности.

Кроме того, данная технология может применяться в условиях ограниченного пространства, например, внутри корпуса смартфона или компьютера, где она эффективно охлаждает чипы. Это поможет уменьшить перегрев и улучшить работу устройств.

Еще одно направление — индивидуальные системы терморегуляции. Представьте, что ваше тело обеспечивает энергией носимые устройства с функцией обогрева или охлаждения. Такие решения могли бы использоваться в сложных климатических условиях или при повышенных физических нагрузках.

Однако до настоящего момента широкое распространение термоэлектрических технологий ограничивалось сложностью их производства, высокой стоимостью и недостаточной гибкостью материалов.

На сегодняшний день большинство термоэлектрических устройств создается на основе теллурида висмута — материала с высокой способностью к преобразованию тепла в электричество. Однако его использование сопряжено с технологическими сложностями и высокой стоимостью.

Команда QUT предложила инновационный подход, который сочетает экономичность и производительность. Они разработали метод генерации гибкой термоэлектрической пленки, используя нанокристаллы, которые формируют прочный и гибкий слой. Эти "нановяжущие" кристаллы не только улучшают физические свойства пленки, но и повышают её энергетическую эффективность.

Исследователи представили инвесторам прототип пленки размером с лист бумаги формата A4. Она обладает впечатляющими характеристиками: высокой термоэлектрической производительностью, исключительной гибкостью и низкой стоимостью производства. Такой материал может стать базой для массового внедрения термоэлектрических технологий.

Для создания пленки ученые применили метод "сольвотермального синтеза", при котором нанокристаллы формируются в растворе под воздействием высоких температур и давления. Затем материал подвергался трафаретной печати, что позволило изготавливать пленку в больших масштабах. На заключительном этапе использовалось спекание, при котором частицы материала связываются при нагревании до температуры, близкой к плавлению.

Один из участников исследования, Венъи Чен, подчеркнул, что этот подход универсален. Он может быть адаптирован для работы с другими материалами, такими как селенид серебра, который отличается меньшей стоимостью и большей экологичностью по сравнению с традиционными материалами.

Научный коллектив, состоящий из специалистов Квинслендского технологического университета, Университета Квинсленда и Университета Суррея, фактически продемонстрировал принципиально новый взгляд на энергообеспечение электронных устройств. Их исследование, опубликованное в престижном научном журнале Science, является значительным шагом в направлении устойчивой и экологически чистой электроники будущего.