Fibras termoelétricas flexíveis para wearables mantêm desempenho energético estável em ambientes extremos

Um materials termoelétrico que pode ser usado em dispositivos vestíveis, como roupas inteligentes, e mantém um desempenho de energia térmica estável mesmo em ambientes extremos, foi desenvolvido por uma equipe de pesquisadores coreanos. Resolveu dramaticamente o dilema de encontrar o equilíbrio entre alcançar o bom desempenho e a flexibilidade mecânica dos materiais termoelétricos, que tem sido um desafio de longa information no campo dos materiais termoelétricos, e também comprovou a possibilidade de comercialização.

A equipe de pesquisa conjunta do Professor Yeon Sik Jung do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Professor Inkyu Park do Departamento de Engenharia Mecânica, em colaboração com as equipes de pesquisa do Professor Min-Wook Oh da Universidade Nacional Hanbat e do Dr. Jeong, do Instituto Coreano de Máquinas e Materiais, desenvolveu com sucesso telureto de bismuto (Bi₂Te₃) fibras termoelétricas, uma solução inovadora de captação de energia para a próxima geração dispositivos eletrônicos flexíveis.

O trabalho é publicado no diário Materiais Avançados.

Materiais termoelétricos são materiais que geram tensão quando há diferença de temperatura e convertem energia térmica em energia elétrica. Actualmente, cerca de 70% da energia perdida é calor desperdiçado, por isso está a ser dada atenção à investigação sobre materiais energéticos sustentáveis ​​que possam recuperar e colher energia deste calor desperdiçado.

A maioria das fontes de calor ao nosso redor são curvas, como o corpo humano, os escapamentos dos veículos e as aletas de resfriamento. Materiais termoelétricos inorgânicos baseados em materiais cerâmicos possuem alto desempenho termoelétrico, mas são frágeis e difíceis de produzir em formatos curvos. Enquanto isso, materiais termoelétricos flexíveis que utilizam ligantes poliméricos existentes podem ser aplicados em superfícies de vários formatos, mas seu desempenho tem sido limitado devido à baixa condutividade elétrica e alta resistência térmica do polímero.

Os materiais termoelétricos flexíveis existentes contêm aditivos poliméricos, mas o materials termoelétrico inorgânico desenvolvido pela equipe de pesquisa não é flexível, então eles superaram essas limitações torcendo nanofitas em vez de aditivos para produzir um materials termoelétrico em forma de fio.

Inspirada pela flexibilidade das nanofitas inorgânicas, a equipe de pesquisa usou uma técnica de deposição por feixe de elétrons baseada em nanomoldes para depositar continuamente nanofitas e depois torceu-as em forma de fio para criar telureto de bismuto (Bi₂Te₃) fibras termoelétricas inorgânicas.

Essas fibras termoelétricas inorgânicas têm maior resistência à flexão do que os materiais termoelétricos existentes e quase não mostraram alterações nas propriedades elétricas, mesmo após repetidos testes de flexão e tração de mais de 1.000 vezes. O dispositivo termoelétrico criado pela equipe de pesquisa gera eletricidade a partir das diferenças de temperatura e, se as roupas forem feitas com dispositivos termoelétricos do tipo fibra, a eletricidade pode ser gerada a partir da temperatura corporal para operar outros dispositivos eletrônicos.

Na verdade, a possibilidade de comercialização foi comprovada através da demonstração de captação de energia através da incorporação de fibras termoelétricas em coletes salva-vidas ou roupas. Além disso, abriu a possibilidade de construir um sistema de recolha de energia de alta eficiência que recicla o calor residual, utilizando a diferença de temperatura entre o fluido quente dentro de um tubo e o ar frio exterior em ambientes industriais.

O professor Yeon Sik Jung disse: “O flexível inorgânico materials termoelétrico desenvolvido neste estudo pode ser usado em dispositivos vestíveis como roupas inteligentes, e pode manter um desempenho estável mesmo em ambientes extremospor isso tem uma grande possibilidade de ser comercializado através de pesquisas adicionais no futuro.”

O professor Inkyu Park acrescentou: “Esta tecnologia se tornará o núcleo da tecnologia de coleta de energia da próxima geração e espera-se que desempenhe um papel importante em vários campos, desde a utilização de calor residual em instalações industriais até dispositivos pessoais de geração de energia própria”.