Il film termoelettrico flessibile apre nuove incredibili possibilità
All’avanguardia: Un recente sviluppo nella tecnologia dei film termoelettrici flessibili potrebbe spianare la strada a una nuova generazione di dispositivi indossabili e soluzioni di raffreddamento. I ricercatori della Queensland University of Technology (QUT) hanno sviluppato un film flessibile che supera le sfide di lunga data relative alla flessibilità, alla producibilità e alle prestazioni.
Ricercatori australiani hanno progettato un film ultra-sottile e flessibile capace di sfruttare il calore corporeo per alimentare dispositivi indossabili, potenzialmente eliminando la necessità di batterie. Questa tecnologia, che potrebbe anche raffreddare i chip elettronici in smartphone e computer, rappresenta un importante progresso in un campo che ha visto costanti avanzamenti negli anni. Il breakthrough si basa sul lavoro di base di team di ricerca di tutto il mondo che si sono concentrati sul recupero dell’energia e sulla gestione termica.
I dispositivi termoelettrici capaci di convertire le differenze di temperatura in elettricità sono da tempo ricercati per l’elettronica indossabile. Tuttavia, creare versioni flessibili, efficienti e commercialmente vantaggiose è stato difficile. La limitata flessibilità, i processi di produzione complessi, i costi elevati e le prestazioni non sufficienti sono stati tra gli ostacoli nell’ingrandimento e nella commercializzazione di termoelettrici inorganici flessibili per l’elettronica indossabile e le applicazioni di raffreddamento di alta gamma.
Il Professor Zhi-Gang Chen e il suo team alla QUT sembrano aver affrontato queste sfide. La loro ricerca, pubblicata sulla rivista Science, introduce una tecnologia conveniente per produrre film termoelettrici flessibili. L’innovazione chiave risiede nell’uso di piccoli cristalli, o “nanobinder”, che formano uno strato coerente di lamine di tellururo di bismuto, migliorando sia l’efficienza che la flessibilità.
Il metodo del team integra la sintesi solvotermale, la serigrafia e le tecniche di sinterizzazione. La sintesi solvotermale crea nanocristalli in un solvente ad alta temperatura e pressione, mentre la serigrafia consente la produzione di film su larga scala. Il processo di sinterizzazione riscalda i film fino a quasi il punto di fusione, legando efficacemente le particelle insieme.
Il film stampabile risultante è composto da nanoplastre a base di Bi₂Te₃ come grani altamente orientati e nanorod di Te come nanobinder. Quando assemblato in un dispositivo termoelettrico flessibile, la densità di potenza del film è tra le più alte per i dispositivi stampati a schermo.
L’approccio del team QUT non si limita ai termoelettrici a base di tellururo di bismuto. Wenyi Chen, primo autore dello studio, ha notato che la loro tecnica potrebbe funzionare anche con altri sistemi, come i termoelettrici a base di seleniuro d’argento, che sono potenzialmente più economici e sostenibili.
Questa tecnologia apre una gamma di applicazioni potenziali. “I dispositivi termoelettrici flessibili possono essere indossati comodamente sulla pelle dove trasformano efficacemente la differenza di temperatura tra il corpo umano e l’aria circostante in elettricità,” ha detto il Professor Chen.
Oltre a alimentare l’elettronica indossabile, il film potrebbe essere utilizzato per la gestione termica personale. Ad esempio, l’integrazione di dispositivi termoelettrici flessibili nei tessuti apre nuove possibilità per l’abbigliamento intelligente con questi dispositivi utilizzati per creare indumenti riscaldati autoalimentati per ambienti freddi.
Ricerche precedenti hanno dimostrato che i dispositivi termoelettrici flessibili possono offrire soluzioni innovative per il recupero di energia e la gestione termica in vari settori.
Nell’industria automobilistica, i dispositivi termoelettrici flessibili potrebbero essere incorporati nei veicoli per alimentare sensori di distanza senza batteria per la guida autonoma, utilizzando la differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno di un’auto. Questi dispositivi potrebbero anche raccogliere energia dai tubi di scarico e altri componenti che generano calore, migliorando l’efficienza del carburante e riducendo le emissioni.
Il campo medico potrebbe anche trarre grandi benefici da questa tecnologia. I dispositivi termoelettrici flessibili potrebbero alimentare dispositivi medici impiantabili usando il calore corporeo, eliminando la necessità di sostituzioni di batterie e riducendo il rischio di complicazioni. Inoltre, potrebbero consentire sistemi di monitoraggio della temperatura corporea continui e non invasivi, fornendo dati preziosi per il monitoraggio della salute.
Su scala più ampia, i dispositivi termoelettrici flessibili hanno il potenziale per recuperare il calore di scarto dalle infrastrutture. Conformandosi alle superfici curve di tubi, macchinari o componenti edilizi, questi dispositivi potrebbero generare elettricità da fonti di calore in precedenza inutilizzate, contribuendo a edifici e processi industriali più efficienti dal punto di vista energetico.
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Nicola Costanzo esplora il mondo della tecnologia e dell’innovazione. I suoi articoli illuminano le sfide digitali che plasmano il nostro futuro.