İleriye dönük: Esnek termoelektrik film teknolojisindeki yeni bir gelişme, yeni nesil giyilebilir cihazlar ve soğutma çözümleri için yolu açabilir. Queensland Teknoloji Üniversitesi’ndeki (QUT) araştırmacılar, esneklik, üretilebilirlik ve performans gibi uzun süredir devam eden zorlukları ele alan esnek bir film yarattılar.
Avustralyalı araştırmacılar, giyilebilir cihazlara güç sağlamak için vücut ısısını kullanabilen ve potansiyel olarak pil ihtiyacını ortadan kaldıran ultra ince, esnek bir film tasarladılar . Akıllı telefonlar ve bilgisayarlardaki elektronik çipleri de soğutabilen bu teknoloji, yıllardır istikrarlı bir şekilde ilerleyen bir alanda önemli bir ilerlemeyi işaret ediyor. Bu çığır açan buluş, enerji hasadı ve termal yönetime odaklanan dünya çapındaki araştırma ekiplerinin temel çalışmalarına dayanıyor.
Sıcaklık farklarını elektriğe dönüştürebilen termoelektrik cihazlar uzun zamandır giyilebilir elektronikler için aranmaktadır. Ancak esnek, verimli ve ticari olarak uygulanabilir versiyonlar yaratmanın zor olduğu kanıtlanmıştır. Sınırlı esneklik, karmaşık üretim süreçleri, yüksek maliyetler ve yetersiz performans, giyilebilir elektronikler ve üst düzey soğutma uygulamaları için esnek inorganik termoelektriklerin ölçeklendirilmesi ve ticarileştirilmesinin önündeki engeller arasında yer almaktadır.
QUT’taki Profesör Zhi-Gang Chen ve ekibi bu zorlukları ele almış gibi görünüyor. Science dergisinde yayınlanan araştırmaları, esnek termoelektrik filmler üretmek için uygun maliyetli bir teknoloji sunuyor. Temel yenilik, hem verimliliği hem de esnekliği artıran tutarlı bir bizmut tellür tabakaları tabakası oluşturan minik kristallerin veya “nano bağlayıcıların” kullanımında yatıyor.
Ekibin yöntemi solvotermal sentez, serigrafi baskı ve sinterleme tekniklerini bir araya getiriyor. Solvotermal sentez, yüksek sıcaklık ve basınç altında bir çözücüde nanokristaller oluştururken, serigrafi baskı büyük ölçekli film üretimine olanak tanır. Sinterleme işlemi filmleri erime noktasına yakın bir sıcaklığa kadar ısıtarak parçacıkları etkili bir şekilde birbirine bağlar.
Ortaya çıkan basılabilir film, yüksek oranda yönlendirilmiş taneler olarak Bi₂Te₃ tabanlı nanoplakalardan ve nano bağlayıcılar olarak Te nanorodlardan oluşur. Esnek bir termoelektrik cihaza birleştirildiğinde, filmin güç yoğunluğu serigrafi baskılı cihazlar arasında en yüksekler arasında yer aldı.
QUT ekibinin yaklaşımı bizmut tellür bazlı termoelektriklerle sınırlı değil. Çalışmanın ilk yazarı olan Wenyi Chen, tekniklerinin potansiyel olarak daha ucuz ve daha sürdürülebilir olan gümüş selenid bazlı termoelektrikler gibi diğer sistemlerle de çalışabileceğini belirtti.
[gömülü içerik]
Bu teknoloji bir dizi potansiyel uygulama alanı açıyor. Profesör Chen, “Esnek termoelektrik cihazlar, insan vücudu ile çevredeki hava arasındaki sıcaklık farkını etkili bir şekilde elektriğe dönüştürdükleri cilt üzerinde rahatça giyilebilir” dedi.
Giyilebilir elektroniklere güç sağlamanın ötesinde, film kişisel termal yönetim için kullanılabilir. Örneğin, esnek termoelektrik cihazların tekstillere entegre edilmesi, bu cihazların soğuk ortamlar için kendi kendine güç sağlayan ısıtmalı giysiler yaratmak için kullanılmasıyla akıllı giysiler için yeni olasılıklar açar.
Daha önce yapılan araştırmalar, esnek termoelektrik cihazların çeşitli sektörlerde enerji hasadı ve termal yönetim için yenilikçi çözümler sunabileceğini göstermiştir.
Otomotiv endüstrisinde, esnek termoelektrik cihazlar, bir aracın iç ve dış mekanları arasındaki sıcaklık farkından yararlanarak otonom sürüş için aküsüz mesafe algılama sensörlerine güç sağlamak üzere araçlara dahil edilebilir . Bu cihazlar ayrıca egzoz borularından ve diğer ısı üreten bileşenlerden enerji toplayarak yakıt verimliliğini artırabilir ve emisyonları azaltabilir.
Tıbbi alan da bu teknolojiden büyük ölçüde faydalanabilir. Esnek termoelektrik cihazlar, vücut ısısını kullanarak implante edilebilir tıbbi cihazlara güç sağlayabilir, pil değiştirme ihtiyacını ortadan kaldırabilir ve komplikasyon riskini azaltabilir. Ek olarak, sürekli, invaziv olmayan vücut sıcaklığı izleme sistemlerini etkinleştirebilir ve sağlık izleme için değerli veriler sağlayabilir.
Daha büyük ölçekte, esnek termoelektrik cihazlar altyapıdan atık ısıyı toplama potansiyeline sahiptir. Boruların, makinelerin veya bina bileşenlerinin kavisli yüzeylerine uyum sağlayarak, bu cihazlar daha önce kullanılmayan ısı kaynaklarından elektrik üretebilir ve daha enerji verimli binalara ve endüstriyel süreçlere katkıda bulunabilir.