مبدل ­های انرژی غیر سمی و انعطاف پذیر می­توانند دستگاه­ های پوشیدنی را تأمین کنند

طیف گسترده ­ای از وسایل الکترونیکی قابل حمل و پوشیدنی، به قسمت عمده ­ای از زندگی روزمره ­ی ما تبدیل شده ­است؛ بنابراین گروهی از پژوهشگران دانشگاه استنفورد به برداشتن الکتریسیته از گرمای هدررفته موجود در اطراف ما، برای تأمین این انرژی فکر کردند.

این الهام، از تمایل به ساختن دستگاه­ های تبدیل­ کننده انرژی از همان مواد موجود در دستگاه ­های فعال نشئت گرفته ­است؛ بنابراین آن­ها می­توانند به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از کل سیستم قرار گیرند. امروزه منابع تغذیه بسیاری از نانودستگاه­ های پزشکی از چندین نوع باتری تأمین می­شود که باید از قسمت فعال سیستم­ ها جدا شوند که ایده آل نیست. در Applied Physics Letters، پژوهشگران از طراحی و ساخت دستگاه ­های ترموالکتریک نانولوله ­ای کربنی تک دیواره بر روی زیرلایه ­ی پلی آمید انعطاف پذیر به عنوان مبنای مبدل­ های انرژی پوشیدنی خبر داده ­اند.

Eric Pop، استاد مهندسی برق و علم مواد گفت: "نانولوله ­های کربنی مواد تک بعدی هستند که به دلیل ویژگی­های خوب ترموالکتریکی شناخته شده ­اند و این به معنای ایجاد ولتاژ روی آن­ها در یک گرادیان دمایی است. چالش این است که نانولوله­ های کربنی از هدایت حرارتی بالایی نیز برخوردار هستند، به این معنی که نگهداشتن یک شیب حرارتی در سراسر آن­ها دشوار است و مونتاژ آن­ها در ژنراتورهای ترموالکتریک با هزینه­ ی کم سخت بوده است. " این گروه برای مقابله با هر دو چالش از شبکه ­های نانولوله­ ی کربنی چاپ شده استفاده می­کنند.

Pop گفت: "به عنوان مثال، شبکه­های اسپاگتی نانولوله­های کربنی به دلیل وجود اتصالات در شبکه­ ها که جریان گرما را مسدود می­کنند، هدایت گرمایی بسیار کمتری نسبت به نانولوله­ های کربنی به تنهایی دارند. همچنین، چاپ مستقیم چنین شبکه­ های نانولوله ­ی کربنی در صورت مقیاس ­بندی، می­تواند هزینه­ ی آن­ها را به طور قابل توجهی کاهش دهد. " 

Hye Ryoung Lee، پژوهشگر و رهبر نویسندگان، گفت: "دستگاه­های ترموالکتریک با استفاده­ ی مجدد از گرمای هدررفته که از وسایل شخصی، لوازم خانگی، وسایل نقلیه، فرآیندهای تجاری و صنعتی، سرورهای رایانه­ ای، روشنایی خورشیدی متغییر با زمان و حتی بدن انسان تولید می­شود، برق تولید می­کنند. برای از بین بردن موانع استفاده در مقیاس گسترده از مواد ترموالکتریک- سمیت، کمبود مواد، تردی مکانیکی- نانولوله­ های کربنی جایگزینی عالی در مقایسه با سایر مواد متداول هستند. " 

رویکرد این گروه، راهی را برای استفاده از نانولوله ­های کربنی با الکترودهای قابل چاپ بر روی لایه­ های پلیمری انعطاف پذیر در فرآیندی پیش­بینی می­کند که برای تولید با حجم زیاد مقرون به صرفه باشد. همچنین با محیط­زیست سازگار­تر از سایر فرآیندهاست؛ زیرا از آب به عنوان حلال استفاده  و از دوپانت­ های اضافی جلوگیری می­شود. برداشت­کننده­های انرژی انعطاف پذیر و پوشیدنی را می­توان در پارچه­ها یا لباس­ها و یا به شکل­ها و فاکتورهای غیرمعمول جایگذاری کرد.

Pop گفت: در مقابل، ترموالکتریک­ های سنتی بر پایه­ ی تلوراید بیسموت تلوراید، شکننده و سفت هستند که کاربرد آن­ها را محدود می­کند. ترموالکتریک­های مبتنی بر کربن با محیط­زیست سازگار­تر از آن­هایی هستند که بر اساس مواد نادر یا سمی مانند بیسموت و تلوریوم ساخته شده­اند. " 

Yoshio Nishi، استاد مهندسی برق گفت: "مهمترین مفهوم در کار گروه، بازیافت انرژی تا آنجا که می­توانیم و تبدیل توزیع ناهموار گرما به انرژی الکتریکی برای استفاده برای چرخه بعدی عملکرد بود که ما با استفاده از نسل ترموالکتریک مبتنی بر نانولوله غیرسمی آن را نشان دادیم. این مفهوم با هدف جهان در کاهش مصرف کل انرژی، در اتحاد کامل است. "

گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی
منبع: https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۴/۲۷/nontoxic-flexible-energy-converters-could-power-wearable-devices

منبع: