Buzz
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Seoul đã phát minh ra một thiết bị phát điện linh hoạt dạng phẳng, hoạt động hoàn toàn nhờ nhiệt độ cơ thể, mở ra khả năng cho các thiết bị đeo thông minh không cần sạc hay pin.
Vấn đề then chốt của thiết bị tạo điện từ nhiệt
Bộ phát điện nhiệt (thermoelectric generator) hoạt động dựa trên nguyên lý tận dụng chênh lệch nhiệt độ giữa một bề mặt nóng và môi trường mát hơn để sinh ra điện. Đây là giải pháp hứa hẹn cho các thiết bị đeo thông minh, vì cơ thể con người luôn tỏa ra nhiệt.
Tuy nhiên, khi thiết kế thiết bị dạng màng mỏng, một vấn đề lớn nảy sinh: nhiệt cơ thể truyền thẳng từ dưới lên trên rồi tỏa ra ngoài không khí, giống như nhiệt xuyên qua một tấm giấy mỏng. Kết quả là không tạo ra được chênh lệch nhiệt độ đủ lớn để phát điện hiệu quả.
Trước đây, các kỹ sư thường xử lý vấn đề này bằng cách gấp vật liệu lại hoặc tạo ra cấu trúc dạng cột 3D. Mặc dù hiệu quả, những phương pháp này lại làm mất đi tính linh hoạt và nhẹ nhàng của màng mỏng, điều rất quan trọng đối với thiết bị đeo trên người.
Giải pháp: Đưa nhiệt chạy ngang thay vì chạy thẳng
Nhóm nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Seoul đã phát minh ra một cách giữ nguyên cấu trúc phẳng của thiết bị nhưng vẫn tạo được chênh lệch nhiệt độ cần thiết. Công trình này đã được công bố trên tạp chí khoa học Science Advances.
Thiết bị mới mang tên "bộ tạo điện nhiệt ngang giả" (pseudo-transverse thermoelectric generator). Thay vì để nhiệt thoát theo chiều thẳng đứng, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một lớp nền silicon co giãn, trong đó các hạt nano đồng có khả năng dẫn nhiệt chỉ được phân bố vào các vùng cụ thể. Điều này khiến nhiệt lan tỏa theo chiều ngang trên vật liệu, tạo ra các vùng nóng và lạnh gần nhau ngay trên một bề mặt phẳng. Hiệu ứng này mô phỏng một hiện tượng vật lý phức tạp, trong đó dòng nhiệt và dòng điện di chuyển vuông góc với nhau, từ đó tạo ra gradient nhiệt độ có ích chỉ nhờ vào cấu trúc thiết kế.
Quy trình sản xuất đơn giản, dễ dàng mở rộng quy mô.
Toàn bộ thiết bị được sản xuất bằng quy trình in mực, giúp sản phẩm giữ được độ linh hoạt cao và dễ dàng sản xuất với quy mô lớn. Các thành phần có thể được lắp ghép như các khối mô-đun, dễ dàng thích ứng với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Đây là nền tảng mở ra một kỷ nguyên mới cho các thiết bị đeo thông minh tự cấp điện, ôm sát cơ thể mà không cần đến pin hay bộ sạc ngoài.
