Инженеры университета штата Северная Каролина продолжают работать над повышением эффективности носимого на запястье гибкого устройства, которое работает на тепловой энергии человеческого тела и наблюдает за его здоровьем. В статье, опубликованной в Flexible Electronics, исследователи заявили о значительных улучшениях параметров гибкого сборщика тепла тела, о котором они впервые рассказали в 2017 году, сообщает портал techxplore.com.
Харвестеры используют тепловую энергию человеческого тела для питания носимых гаджетов – подумайте об умных часах, которые измеряют вашу частоту сердечных сокращений, уровень кислорода в крови, глюкозу и другие параметры здоровья, не нуждаясь в подзарядке батарей. Технология основана на тех же принципах, что и жесткие термоэлектрические комбайны, преобразующие тепло в электрическую энергию. Гибкие комбайны, работающие от тепла человеческого тела, очень востребованы для использования в носимыми гаджетах.
Мехмет Озтюрк, профессор электротехники и вычислительной техники университета штата Северная Каролина и автор статьи, упомянул превосходный контакт кожи с гибкими устройствами, а также соображения эргономики и комфорта пользователя устройства в качестве основных причин создания гибких термоэлектрических генераторов (ТЭГ). Однако производительность и эффективность гибких харвестеров исторически значительно уступают жестким устройствам.
В новых гибких ТЭГ, созданных учеными университета штата Северная Каролина еще в 2017 году, использовались полупроводниковые элементы, которые с помощью межсоединений из жидкого металла из EGaIn (нетоксичный сплав галлия и индия) были собраны в единое устройство. EGaIn обеспечивает как металлоподобную электропроводность, так и способность к растяжению. Все устройство было залито растяжимым силиконовым эластомером.
В обновленном устройстве, о котором сообщалось в 2020 году, использовалась та же архитектура, но значительно улучшена теплотехника предыдущей версии, при этом увеличена плотность полупроводниковых элементов, ответственных за преобразование тепла в электричество. Одним из усовершенствований стал силиконовый эластомер с высокой теплопроводностью – по сути, разновидность резины – который инкапсулировал межсоединения EGaIn.
В новейшей итерации к силиконовому эластомеру добавляются хлопья аэрогеля для уменьшения теплопроводности эластомера. Результаты экспериментов показали, что это нововведение уменьшило утечку тепла через эластомер вдвое. «Добавление аэрогеля предотвращает утечку тепла между термоэлектрическими «ножками» устройства», – сказал Озтюрк. «Чем выше утечка тепла, тем ниже температура в устройстве, что приводит к снижению выходной мощности. Гибкое устройство, описанное в этой статье, работает на порядок лучше, чем устройство, о котором мы сообщали в 2017 году, и продолжает приближаться к производительности жестких устройств», – добавил Озтюрк.
Озтюрк также заявил, что одной из сильных сторон технологии, запатентованной университетом штата Северная Каролина, является то, что в ней применены те же самые полупроводниковые элементы, которые используются в жестких устройствах, а их разработка велась на протяжении десятилетий. Такой подход также предоставляет существующим производителям жестких термоэлектрических модулей недорогую возможность выйти на рынок гибких термоэлектрических устройств.
