Udvikling af kildeteknologi til brug af bærbare enheder uden genopladning

På trods af den fortsatte udvikling og kommercialisering af forskellige bærbare elektroniske enheder, såsom smart bands, fremskridt med disse enheder er blevet bremset af en stor begrænsning, da de jævnligt skal genoplades. Imidlertid, en ny teknologi udviklet af et sydkoreansk forskerhold er blevet et varmt emne, da det viser et betydeligt potentiale for at overvinde denne begrænsning for bærbare elektroniske enheder.

Korea Institute of Science and Technology (KIST), eller KIST, annonceret, at et forskerhold ledet af direktør Jin-Sang Kim fra Jeonbuk Institute of Advanced Composite Materials har udviklet en højeffektiv fleksibel termoelektrisk enhed, der er i stand til autonomt at generere noget af den elektricitet, der kræves til driften fra kropsvarme. Enheden udviklet af teamet har forbedrede varmeisoleringsevner, gjort muligt gennem fremstillingen af ​​den fleksible silikoneforbindelse (PDMS) til en svampelignende konfiguration, som derefter blev brugt som en ramme for innovativt at forbedre enhedens ydeevne.

Termoelektriske enheder er i stand til at generere elektricitet ved at udnytte forskellen i temperatur mellem de to ender af enheden, og er blevet brugt som miljøvenlige generatorer af strøm fra kilder som køretøjsmotorvarme eller spildvarme fra kraftværker. Omvendt ved i stedet at anvende elektricitet til den termoelektriske enhed, den ene ende af enheden kan afkøles, mens den anden genererer varme, gør det muligt også at bruge dem i temperaturstyringssystemer til små køleskabe, køleplader til køretøjer, og halvlederudstyr.

Normale termoelektriske enheder har almindeligvis et stift keramisk substrat, der understøtter den termoelektriske halvleder, gør dem vanskelige at bruge på buede overflader, der henviser til, at i fleksible termoelektriske enheder, et polymermateriale indkapsler den termoelektriske halvleder, i modsætning til et keramisk underlag, så enheden nemt kan bøjes. Når en sådan enhed bæres på kroppen, elektricitet kan produceres selvstændigt, og det kan også potentielt bruges som et bærbart klimaanlæg. Som resultat, fleksible termoelektriske enheder har fået stor opmærksomhed inden for bærbare elektroniske enheder. Imidlertid, de polymermaterialer, der bruges til at fremstille det fleksible substrat, har en høj varmeledningsevne, og kan derfor ikke blokere for varme i begge ender af enheden. Følgelig, de fleksible enheder, der hidtil er blevet produceret, har haft den fatale mangel, at de ikke er i stand til at yde på et niveau, der kan sammenlignes med kommercielle termoelektriske enheder med et stift substrat.

Ved at søge en løsning på dette problem, forskerholdet på KIST fremstillede et polymermateriale med svampekonfiguration, ved først at hælde en opløsning af silikoneforbindelse på en sukkerterning og lade opløsningen størkne, og derefter opløse sukkerterningen i vand. Følgelig, efterhånden som sukkerterningen opløstes, pladsen, der havde været optaget af kuben, blev omdannet til en struktur bestående af mikroluftbobler. Denne strukturs termiske isoleringsevne var 50 % højere end konventionelle materialer, gør det muligt effektivt at blokere varmeoverførslen. Holdet hos KIST brugte dette substrat som en støtteramme til at udvikle en fleksibel termoelektrisk enhed, der ikke lider af tab af ydeevne. Holdets enhed demonstrerede ydeevne, der var overlegen i forhold til eksisterende fleksible termoelektriske enheder med mere end 20 %, og sammenlignelig med eksisterende kommercielle enheder. Forskerholdet (inklusive de første medforfattere:Dr. Sung-Jin Jung, Dr. Joonchul Shin) var i stand til at bruge deres fleksible enhed til at tænde et LED-lys med kropsvarme.

Direktør Jin-Sang Kim fra Jeonbuk-afdelingen af ​​KIST udtalte, at "effektiviteten af ​​vores fleksible termoelektriske enhed blev hævet til et niveau, der kan sammenlignes med det for kommercielle termoelektriske enheder gennem en simpel, billig proces, der kræver, at man hælder en opløsning på sukker og lader opløsningen størkne." Han kommenterede også, "hvis vi brugte et tilstrækkeligt antal termoelektriske enheder, det burde bestemt være muligt at producere smarte bands, der opererer på kropsvarme alene."