Китайские ученые разработали новый термоэлектрический материал из хлопковых отходов, открывающий перспективы для носимой электроники

Китайские исследователи совершили революционный прорыв в области материаловедения создав новую гибкую термоэлектрическую пленку которая кардинально меняет перспективы носимой электроники и утилизации бросового тепла Команда под руководством академика Чжу Даобэня и исследователя Ди Чжунана из Института химии Китайской академии наук разработала материал чья эффективность преобразования энергии превосходит все ранее известные аналоги в своем классе Термоэлектрические материалы способны напрямую превращать разницу температур в электричество эффект Зеебека или использовать ток для охлаждения эффект Пельтье Идеальный материал должен обладать парадоксальными свойствами быть отличным проводником электричества как кристалл но плохим проводником тепла как стекло Эта концепция известна как модель фононное стекло электронный кристалл Долгое время гибкие полимерные материалы не могли достичь этого баланса Их ключевой показатель эффективности термоэлектрическая добротность zT обычно оставался ниже 0 5 что значительно уступало жестким неорганическим аналогам и делало их непригодными для широкого практического применения Даже предыдущий рекорд команды 1 28 в 2024 году был недостаточен для массового внедрения Чтобы преодолеть этот барьер ученые предложили стратегию создания порядка в беспорядке Они разработали уникальную структуру с нерегулярными многоуровневыми порами IHP TEP Материал напоминает губку пронизанную хаотичными порами размером от нанометров до микрометров Этот беспорядок эффективно рассеивает фононы кванты тепловых колебаний снижая теплопроводность на 72 до 0 16 Вт м ¹ К ¹ Тепло просто не может быстро проходить через материал В то же время внутри этих нанопор полимерные молекулы вынуждены упаковываться в строго упорядоченные цепочки из за эффекта пространственного ограничения Это создает скоростные шоссе для электронов повышая их подвижность на 52 Таким образом ученым удалось развязать взаимосвязь между теплопроводностью и электропроводностью достигнув синергии ранее считавшейся невозможной для полимеров Испытания показали ошеломляющие результаты При температуре около 70 C термоэлектрическая добротность zT нового материала достигла 1 64 Это первый случай в истории когда полимерный материал преодолел практический порог zT 1 5 Новый показатель не только побил собственный предыдущий рекорд Китая 1 28 но и превзошел лучшие гибкие неорганические материалы в том же температурном диапазоне установив новый мировой рекорд для гибких термоэлектриков Помимо выдающихся физических свойств новая технология отличается высокой коммерческой жизнеспособностью Простота производства В отличие от сложных многоступенчатых процессов создания предыдущих материалов новый метод использует фазовое разделение полимеров и совместим с технологией распыления Пленку можно наносить как краску или печатать как газету что позволяет создавать большие площади недорого и быстро Реальные сценарии использования Благодаря гибкости и высокой эффективности материал открывает путь к созданию устройств работающих от тепла человеческого тела разница температур всего в 5 10 C Носимая электроника Умные часы и фитнес трекеры которые никогда не нужно заряжать так как они питаются от тепла кожи владельца Медицина Автономные датчики мониторинга здоровья встроенные в одежду или пластыри Охлаждение Тонкие наклейки для персонального кондиционирования в жаркую погоду Интернет вещей IoT Датчики размещенные на любых криволинейных поверхностях получающие энергию из окружающей среды Этот прорыв означает переход полимерных термоэлектрических материалов из лаборатории в реальную жизнь Он не только решает фундаментальную научную задачу но и предоставляет четкую дорожную карту для будущего где пластиковые изделия могут стать мини электростанциями превращая повсеместно теряемое бросовое тепло в ценную зеленую энергию Спасибо за Ваш голос Энергия Китай

Создана новая технология получения углеродных материалов из хлопковых отходов Ученые НИТУ МИСИС и НИИ ПМТ разработали новый способ получения углеродных материалов из хлопковых отходов сокращающий время процесса до нескольких минут вместо привычных полутора часов Полученные этим методом материалы можно использовать в суперконденсаторах устройствах для быстрого накопления и отдачи энергии востребованных в электронике транспорте и системах хранения энергии Суперконденсаторы занимают в электротехнике некое промежуточное место между обычными конденсаторами и аккумуляторами Они способны очень быстро заряжаться и разряжаться выдерживают десятки тыс рабочих циклов Их характеристики во многом зависят от материала электродов и для их изготовления часто используют активированный уголь традиционное производство которого требует больших затрат времени и энергии Альтернативу существующим методикам и предложил научный коллектив МИСИС и НИИ ПМТ Вместо длительного нагрева в печах исследователи применили микроволновую обработку в специальном волноводе в режиме бегущей волны В такой системе микроволновое излучение эффективно поглощается всем образцом а это позволяет нагревать материал быстро и по всему объему В качестве исходного сырья использовали хлопковые отходы текстильного производства доступный и возобновляемый материал с высоким содержанием углерода Больше новостей об инновациях новостнойдайджест

Твоя старая хлопковая футболка может превратиться в суперконденсатор Характеристики суперконденсаторов во многом зависят от материала электродов для изготовления которых традиционно используют активированный уголь Ученые Университета МИСИС и НИИ ПМТ предложили менее энергозатратный способ получения материала Новая технология позволяет получать углеродные материалы из хлопковых отходов а процесс сократился до всего 5 минут вместо привычных 1 5 часов В будущем исследователи планируют масштабировать и адаптировать технологию под другие виды биомассы Читать про эксперимент мы в MAX