Gelatine kan snart drive vores wearables og IoT-enheder

Banebrydende forskning offentliggjort i Videnskab og ledet af Southern University of Science and Technology (SUSTech) har fundet ud af, at gelatine kunne bruges til at drive enheder i fremtiden, kun ved at bruge den varme, der genereres fra den menneskelige krop.

Lektor Weishu Liu (MSE, SUSTech) har ledet sit forskerhold, i samarbejde med professor Gang Chen ved Institut for Maskinteknik, Massachusetts Institute of Technology (MIT), at udvikle en proof-of-concept bærbar enhed drevet af gelatine. Papiret blev publiceret online i det høj-impact akademiske tidsskrift, Videnskab som første udgivelse, under titlen, "Kæmpe termokraft af ionisk gelatine nær stuetemperatur, " torsdag den 30. april 2020

Størstedelen af ​​termoelektriske materialer er uorganiske halvledere, der kræver ædelmetaller eller procesteknologi. Forskere har fokuseret på at udforske nye termoelektriske materialer nær stuetemperatur, der udnytter Seebeck-effekten til at omdanne termisk energi til elektrisk energi. Brugen af ​​selvdrevne elektroniske termoelektriske enheder kræver integration af tusinder eller endda titusinder af små termoelektriske elementer på 10-100 mikron, eller inkludere en DC-DC spændingsforstærker med en pris for udgangseffekttætheden.

Forud for spændingsmatch-udfordringen, Weishu Liu opfordrede til en udforskning af "at gå ud over Seebeck" ved at overveje at bruge ioner og elektrisk domæne som en energibærer, eller andre nye mekanismer til at løse denne termoelektriske applikationsudfordring. Disse anbefalinger blev fremsat i hans papir med titlen "Nye tendenser, strategier, og muligheder i termoelektriske materialer:Et perspektiv, " offentliggjort i Materialer i dag Fysik i 2017.

Avisen udgivet i dag i Videnskab er en afspejling af mange års hårdt arbejde. Den pågældende gelatine er et højmolekylært stof, der findes i knogler. Det er eftertragtet af kokke i en bred vifte af køkkener, samtidig med at det er et vigtigt råmateriale til flere industrielle anvendelser.

Forskerholdet foreslog oprindeligt, at en kvasi-fast ionisk gel kunne opnå en gigantisk termoelektrisk potentialeffekt ved at kombinere effekten af ​​den diffuse entropi af ioner og reaktionsentropien af ​​redoxparret (kemisk reduktion-oxidationsreaktion). De opnåede en termoeffekt på 17,0 mV K-1 i kvasi-solid state ionisk termoelektrisk materiale, hvilket er næsten to størrelsesordener højere end typisk elektronisk termoelektrisk

Forskerholdet samlede derefter femogtyve enheder til at repræsentere en proof-of-concept enhed. Hver enhed blev samlet til en fleksibel bærbar enhed, bruge en menneskekrop til magt. Forskerne kunne opnå en spænding på op til 2,2 volt (V) og en maksimal effekt på 5 μW. Selvom det virker lille, det kan drive sensorerne på de fleste Internet of Things (IoT) enheder.

Weishu Liu sagde, "Den eksperimentelle opdagelse af den gigantiske termoelektriske effekt bragte os glæde, og så mange spørgsmål. Prof. Gang Chen gav os de væsentlige retningslinjer for at besvare hvert spørgsmål et efter et. Det gav os også mulighed for at indse sandheden om glæden ved forskning:Opgiv aldrig din udforskning, da det hele handler om din drøm. Du skal blive ved med at søge, indtil du får sandheden, at finde ny viden."