Một nhóm các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã phát triển một vật liệu nhiệt điện có thể sử dụng trong các thiết bị đeo được như quần áo thông minh và duy trì hiệu suất năng lượng nhiệt ổn định ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Nó đã giải quyết đáng kể tình thế tiến thoái lưỡng nan trong việc cân bằng giữa việc đạt được hiệu suất tốt và tính linh hoạt cơ học của vật liệu nhiệt điện, vốn là một thách thức lâu dài trong lĩnh vực vật liệu nhiệt điện, và cũng đã chứng minh được khả năng thương mại hóa.
Sơ đồ và hình ảnh thực tế của sợi nhiệt điện mềm dẻo hoàn toàn vô cơ được sản xuất mà không cần phụ gia polyme. Tín dụng: KAIST
Nhóm nghiên cứu chung của Giáo sư Yeon Sik Jung thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu và Giáo sư Inkyu Park thuộc Khoa Kỹ thuật Cơ khí, hợp tác với nhóm nghiên cứu của Giáo sư Min-Wook Oh thuộc Đại học Quốc gia Hanbat và Tiến sĩ Jun-Ho Jeong thuộc Viện Máy móc và Vật liệu Hàn Quốc, đã phát triển thành công sợi nhiệt điện bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ), một giải pháp thu năng lượng sáng tạo cho các thiết bị điện tử linh hoạt thế hệ tiếp theo.
Công trình này được công bố trên tạp chí Advanced Materials .
Vật liệu nhiệt điện là vật liệu tạo ra điện áp khi có sự chênh lệch nhiệt độ và chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện. Hiện nay, khoảng 70% năng lượng bị mất là nhiệt thải, vì vậy, người ta đang chú ý nghiên cứu các vật liệu năng lượng bền vững có thể thu hồi và khai thác năng lượng từ nhiệt thải này.
Hầu hết các nguồn nhiệt xung quanh chúng ta đều cong, chẳng hạn như cơ thể con người, ống xả xe và cánh tản nhiệt. Vật liệu nhiệt điện vô cơ dựa trên vật liệu gốm có hiệu suất nhiệt điện cao, nhưng chúng dễ vỡ và khó sản xuất theo hình dạng cong. Trong khi đó, vật liệu nhiệt điện linh hoạt sử dụng chất kết dính polyme hiện có có thể được áp dụng cho các bề mặt có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng hiệu suất của chúng bị hạn chế do độ dẫn điện thấp và khả năng chịu nhiệt cao của polyme.
Các vật liệu nhiệt điện mềm dẻo hiện có chứa chất phụ gia polymer, nhưng vật liệu nhiệt điện vô cơ do nhóm nghiên cứu phát triển lại không mềm dẻo, do đó họ đã khắc phục những hạn chế này bằng cách xoắn các dải nano thay vì chất phụ gia để tạo ra vật liệu nhiệt điện dạng sợi.
Lấy cảm hứng từ tính linh hoạt của các dải nano vô cơ, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật lắng đọng chùm tia điện tử dựa trên khuôn nano để liên tục lắng đọng các dải nano và sau đó xoắn chúng thành hình sợi để tạo ra sợi nhiệt điện vô cơ bismuth telluride (Bi 2 Te 3 ).
Những sợi nhiệt điện vô cơ này có độ bền uốn cao hơn các vật liệu nhiệt điện hiện có và hầu như không có thay đổi nào về tính chất điện ngay cả sau nhiều lần thử nghiệm uốn và kéo dài hơn 1.000 lần. Thiết bị nhiệt điện do nhóm nghiên cứu tạo ra tạo ra điện bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ và nếu quần áo được làm bằng các thiết bị nhiệt điện dạng sợi, điện có thể được tạo ra từ nhiệt độ cơ thể để vận hành các thiết bị điện tử khác.
Trên thực tế, khả năng thương mại hóa đã được chứng minh thông qua một cuộc trình diễn thu thập năng lượng bằng cách nhúng sợi nhiệt điện vào áo phao hoặc quần áo. Ngoài ra, nó mở ra khả năng xây dựng một hệ thống thu thập năng lượng hiệu suất cao, tái chế nhiệt thải bằng cách sử dụng chênh lệch nhiệt độ giữa chất lỏng nóng bên trong đường ống và không khí lạnh bên ngoài trong môi trường công nghiệp.
Giáo sư Yeon Sik Jung cho biết: "Vật liệu nhiệt điện vô cơ mềm dẻo được phát triển trong nghiên cứu này có thể được sử dụng trong các thiết bị đeo được như quần áo thông minh và có thể duy trì hiệu suất ổn định ngay cả trong môi trường khắc nghiệt, do đó, khả năng thương mại hóa vật liệu này thông qua các nghiên cứu bổ sung trong tương lai là rất cao".
Giáo sư Inkyu Park cho biết thêm: "Công nghệ này sẽ trở thành cốt lõi của công nghệ thu năng lượng thế hệ tiếp theo và dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ việc sử dụng nhiệt thải tại các khu công nghiệp đến các thiết bị tự tạo năng lượng đeo trên người".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
