Vedci z Queensland University of Technology v Austrálii urobili významný krok vo vývoji flexibilných termoelektrických zariadení (F-TED). Táto technológia by mohla umožniť, aby sa naša vlastná telesná teplota používala na napájanie elektroniky, ako sú smart hodinky. Nová termoelektrická fólia, ktorú vyvinul tím pod vedením profesora Zhi-Ganga Chena, by mohla zmeniť spôsob, akým rozmýšľame o nositeľnej technológii a chladení počítačových čipov. O téme informoval portál Ars Technica.

Termoelektrické zariadenia premieňajú tepelnú energiu na elektrickú. Problém bol doteraz v tom, že dostupné materiály boli buď neflexibilné a ťažkopádne, alebo dostatočne flexibilné, ale málo efektívne. Chen a jeho tím vyvinuli fóliu, ktorá ponúka výkon až 1,2 miliwattu na štvorcový centimeter.

Predstavuje to zlepšenie o 34-násobok oproti predchádzajúcim flexibilným zariadeniam. Hoci táto fólia ešte nedokáže napájať smartfón, podľa Chena už stačí na to, aby dokázala udržiavať smart hodinky nabité počas dňa. Teoreticky by tak mohla vzniknúť náramok na hodinky, ktorý eliminuje potrebu denného nabíjania.

Jednoduchá a lacná výroba

Vývoj fólie bol založený na materiáli nazývanom bizmút telurid, ktorý bol vylepšený pridaním 7,5 % nanotyčiek tellúru. Tieto nanotyčky vyplnili póry v bizmút teluridovej vrstve, čo viedlo k vyššej hustote a výkonu. Proces výroby, známy ako sieťotlač, je lacný a dobre zavedený v elektronickom priemysle. Výroba zahŕňa niekoľko krokov.

Ako prvý krok je syntéza nanoplatničiek bizmútu a nanotyčiek tellúru v autokláve pri vysokom tlaku a teplote. Druhým krokom je výroba atramentu, ktorý sa aplikuje na polyamidový podklad. Posledným krokom je spekanie materiálu pomocou iskrového plazmového procesu, ktorý spojí vrstvy do ultratenkej fólie hrubej iba jeden mikrometer.

Flexibilita fólie bola jedným z kľúčových testov. Výskumníci fóliu ohli tisíckrát, pričom výkon klesol len o 2 %. Tieto výsledky naznačujú, že fólia je vhodná pre dlhodobé používanie v nositeľných zariadeniach. Technológia F-TED má potenciál nielen na generovanie energie, ale aj na chladenie. Vďaka procesu reverzného termoelektrického efektu je možné vytvárať teplotné rozdiely aplikáciou elektrického prúdu. Testy ukázali, že zariadenie dokáže znížiť teplotu o 11,7 Kelvina bez použitia pasívneho chladiča.

Táto vlastnosť otvára dvere pre integráciu ultratenkých fólií priamo do počítačových čipov, ako sú 3nm procesory z Apple M3 série, čím by sa zároveň chladili a vyrábali elektrinu. Chen verí, že takéto fólie by mohli byť pridané do výroby bez potreby radikálnych zmien.

ChatGPT

Nové možnosti

Napriek pokroku ostáva niekoľko výziev a to zvýšenie odolnosti. Cieľom tímu je umožniť fólii ohýbanie 10 000-krát bez poškodenia výkonu. Integrácia do čipov a masová výroba, čiže zavedenie procesu na priemyselnú úroveň si vyžiada spoluprácu odborníkov z rôznych odvetví.

Flexibilná termoelektrická fólia otvára možnosti pre vytvorenie ekologických a praktických nositeľných zariadení, ktoré by mohli zmeniť spôsob, akým využívame energiu. Od hodiniek, ktoré už nebudú potrebovať nabíjačku, až po čipy chladené vlastnou technológiou – budúcnosť vyzerá sľubne.