Содержание
Человек — это, по сути, ходячий обогреватель мощностью около 100 Ватт. Большая часть этой энергии просто рассеивается в окружающую среду, пока мы лихорадочно ищем кабель, чтобы зарядить свои часы или наушники. Исследователи из Сеульского национального университета (Seoul National University) решили, что такой расточительный подход к собственному метаболизму — это слишком роскошно, и разработали абсолютно плоский термоэлектрический генератор, который превращает тепло кожи в полезное электричество.
Почему физика чинила сопротивление гибкости
Идея термоэлектрики не нова: берем горячую поверхность (кожу), холодную (воздух) и на разнице температур получаем ток. Проблема в том, что для эффективной работы нужен значительный температурный градиент. Когда мы пытаемся сделать устройство тонким и гибким, как пластырь, тепло проходит сквозь него слишком быстро, не успевая превратиться в энергию. Это как пытаться удержать воду в сите — тепло просто «прошивает» тонкую пленку вертикально, не создавая нужной разницы температур между слоями.
Гибкий генератор на коже человека. Фото: science.org
Ранее инженеры обходили это препятствие «в лоб»: строили громоздкие трехмерные конструкции, похожие на маленькие небоскребы из полупроводников. Такие устройства работали, но носить на руке жесткую и тяжелую кирпичину — сомнительное удовольствие для пользователя. Корейские ученые, результаты работы которых опубликованы в журнале Science Advances, пошли более элегантным путем. Они создали так называемый «псевдопоперечный термоэлектрический генератор».
Фокус с медными наночастицами
Секрет разработки кроется в особой эластичной силиконовой основе. Исследователи не просто залили ее металлом, а внедрили теплопроводные наночастицы меди лишь в четко определенных участках. Это заставляет тепло тела двигаться не вверх (на выход), а вбок, вдоль поверхности материала. Таким образом, на абсолютно плоской и тонкой пленке удалось создать соседние «теплые» и «холодные» зоны.
Эта конструкция имитирует сложный физический эффект, где тепловые и электрические потоки движутся под прямым углом друг к другу. Самое интересное, что весь прибор изготавливается с помощью относительно простого процесса печати специальными чернилами. Это делает технологию пригодной для масштабирования, а сами компоненты можно собирать модульно, как конструктор, создавая источники питания любой формы и размера.
Перспективы «автономного» тела
Новая платформа открывает путь к умным устройствам, которые вообще не будут нуждаться в зарядке. Пока вы двигаетесь, работаете или даже просто отдыхаете, ваша кожа будет обеспечивать энергией медицинские датчики или фитнес-трекеры. Гибкость материала позволяет ему идеально повторять контуры тела, что ранее было главным камнем преткновения для подобных разработок.
Пока мы ждем, когда эта технология выйдет из лабораторий в серийное производство, наука продолжает искать способы укротить температуру в других сферах. Например, новый китайский сплав охлаждает электронику до абсолютного нуля без использования дорогого гелия, что может кардинально изменить будущее суперкомпьютеров.
