ابتکار دانشمند ایرانی برای تبدیل گرمای بدن به الکتریسیته

به گزارش خبرکانادا، ایسنا به نقل از وب‌سایت رسمی “دانشگاه واشنگتن”(UW) گزارش داده، وسایل الکترونیکی پوشیدنی، از ردیاب‌های سلامتی و تناسب اندام گرفته تا هدست‌های واقعیت مجازی، بخشی از زندگی روزمره ما به شمار می‌روند اما یافتن راه‌هایی برای برق‌رسانی مداوم به این دستگاه‌ها، یک چالش است.

پژوهشگران دانشگاه واشنگتن، یک راه حل نوآورانه برای مقابله با این چالش ابداع کرده‌اند. آنها یک دستگاه ترموالکتریک انعطاف‌پذیر و پوشیدنی ابداع کرده‌اند که نخستین نمونه در نوع خود به شمار می‌رود و گرمای بدن را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. این دستگاه، نرم و قابل کشش و در عین حال محکم و کارآمد است. ترکیب این ویژگی‌ها می‌تواند کاری چالش‌برانگیز باشد.

“محمد ملکوتی”(Mohammad Malakooti)، پژوهشگر مهندسی مکانیک دانشگاه واشنگتن گفت: اگر انرژی حرارتی را که معمولا در محیط اطراف به هدر می‌رود، برداشت کنیم، به سود ۱۰۰ درصدی خواهیم رسید. از آنجا که می‌خواهیم از این انرژی برای تغذیه وسایل الکترونیکی خود استفاده کنیم، به چگالی توان بالاتری نیاز داریم. ما از تولید مواد افزودنی برای ساخت وسایل الکترونیکی قابل کشش استفاده می‌کنیم، کارایی آنها را افزایش می‌دهیم، به ادغام یکپارچه آنها در پوشیدنی‌ها می‌پردازیم و به پرسش‌های پژوهشی اساسی پاسخ می‌دهیم.

حتی پس از بیش از ۱۵ هزار چرخه کشش با فشار ۳۰ درصد، نمونه اولیه دستگاه کاملا کاربردی باقی می‌ماند که یک ویژگی بسیار مطلوب برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی و رباتیک نرم است. همچنین این دستگاه، افزایش ۶.۵ برابری چگالی توان را در مقایسه با ژنراتورهای ترموالکتریک قابل کشش پیشین نشان می‌دهد.

پژوهشگران برای ابداع این دستگاه‌های انعطاف‌پذیر، کامپوزیت‌هایی را با ویژگی‌های عملکردی و ساختاری مهندسی‌شده در هر لایه چاپ کردند. مواد پرکننده، حاوی آلیاژهای فلزی مایع هستند که رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی را فراهم می‌کنند. این آلیاژها محدودیت‌های موجود در دستگاه‌های پیشین، از جمله ناتوانی در کشش، انتقال ناکارآمد حرارت و فرآیند ساخت پیچیده را برطرف می‌کنند.

همچنین این گروه پژوهشی، میکروکره‌های توخالی را در دستگاه خود تعبیه کردند تا گرما را به نیمه‌رساناها در لایه هسته هدایت کنند و وزن دستگاه را کاهش دهند.

پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که می‌توانند دستگاه‌ها را روی پارچه‌های قابل کشش و سطوح منحنی چاپ کنند. این نشان می‌دهد که دستگاه‌های آینده را می‌توان روی لباس‌ها و اشیای دیگر نیز اعمال کرد. این گروه پژوهشی در مورد احتمالات آینده و کاربردهای واقعی وسایل الکترونیکی پوشیدنی هیجان‌زده هستند.

ملکوتی گفت: یکی از جنبه‌های منحصربه‌فرد پژوهش ما این است که کل فرآیند، از تولید مواد گرفته تا ساخت دستگاه و خصوصیات آن را پوشش می‌دهد. این کار، آزادی را برای طراحی مواد جدید، مهندسی در هر مرحله از فرآیند و خلاقیت فراهم می‌کند.

این پژوهش، در مجله “Advanced Energy Materials” به چاپ رسید.