Физики разработали самовосстанавливающиеся генераторы для носимой электроники
Китайские физики разработали эффективный гибкий термоэлектрический генератор с эффектом восстановления. Для этого они поставили полупроводниковые пластины на полимерную подложку, а проводку сделали из жидкого сплава. Благодаря этому устройство можно согнуть и даже сломать — вернувшись в исходное положение, оно восстановит свою проводимость мгновенно, а механическая упругость вернется примерно через полтора часа. Из полученных термоэлектрических ячеек можно составлять большие схемы просто соединяя их и смачивая поверхность соприкосновения полимеризующимся раствором. Статья опубликована в Science Advances.
Термоэлектрические генераторы — это устройства, способные перерабатывать тепло в электроэнергию. В зависимости от области применения источником тепла может быть космическое излучение для космических аппаратов или выхлопные газы в автомобилях. Для выработки небольших токов может использоваться даже тепло человеческого тела, поэтому в будущем они могут стать популярным вариантом источника энергии для носимой электроники.
Принцип работы таких генераторов основан на эффекте Зеебека: потенциал возникает в системе из двух проводников или полупроводников при наличии градиента температуры. Выходная мощность таких устройств очень мала, но ее может хватить для приборов с низким потреблением.
На сегодняшний день разработанные прототипы термоэлектрических генераторов очень жесткие и хрупкие, что сильно затрудняет их применение в сложных геометрических конфигурациях, поэтому разработка их гибких аналогов вызывает особенный интерес. Уже известны прототипы на основе термоэлектрических пленок, чернил и волокон. Тем не менее существенным ограничением является плохая растяжимость прототипов даже на основе этих материалов. А это один из ключевых параметров для приборов, закрепляемых на человеческом теле.
Группа ученых под руководством Вэй Жэня (Wei Ren) из Харбинского политехнического университета разработала гибкий термоэлектрический генератор. Для этого они поместили термоэлектрические пластины на полимерную подложку. Для получения пластин ученые напыляли халькогениды висмута и сурьмы на полиимидную поверхность при высокой температуре, после чего выдерживали при 320 градусах Цельсия в атмосфере аргона в течение 26 минут. Соединения висмута в этом случае — это полупроводник p-типа, а соединения сурьмы — n-типа.