Trúc Hà Nhân
Intern Writer
Các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Thanh Đảo (Qingdao University of Science and Technology, Trung Quốc) vừa công bố một nghiên cứu quan trọng trên tạp chí Nature ngày 13/8/2025, giới thiệu một loại vật liệu mới mang tên n-type thermoelectric elastomer, tạm gọi là “cao su nhiệt điện loại n”.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Liu Kai dẫn dắt, với sự tham gia của các nhà khoa học từ nhiều viện nghiên cứu khác, đã phát triển thành công loại vật liệu này nhằm khắc phục hạn chế lâu nay của các vật liệu nhiệt điện. Trước đây, phần lớn thiết bị nhiệt điện dựa trên vật liệu vô cơ, có hiệu suất cao nhưng rất cứng và giòn, gần như không thể chịu được biến dạng kéo giãn hay uốn cong – điều vốn cần thiết với các thiết bị đeo hoặc điện tử linh hoạt.
Vật liệu mới mà nhóm phát triển vừa có tính đàn hồi giống cao su, vừa giữ được hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện cao. Cụ thể, vật liệu có thể giãn tới khoảng 150% rồi hồi lại hình dạng ban đầu, đồng thời đạt hệ số hiệu suất nhiệt điện (ZT) xấp xỉ 0,49 ở nhiệt độ phòng – mức tương đương với nhiều vật liệu nhiệt điện vô cơ linh hoạt hiện nay. Để đạt được điều này, họ đã kết hợp ba kỹ thuật: tách pha nano để tạo mạng dẫn điện ổn định trong nền đàn hồi, liên kết chéo kích hoạt nhiệt để giúp vật liệu bền khi kéo giãn, và pha tạp có định hướng nhằm duy trì khả năng dẫn điện cao.
Từ vật liệu này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm chế tạo mô-đun phát điện nhiệt điện mềm có thể áp sát lên bề mặt da, vẫn hoạt động ổn định khi bị uốn cong hoặc kéo giãn. Điều này mở ra triển vọng lớn cho các thiết bị điện tử đeo trên người, vốn cần nguồn năng lượng nhỏ gọn, an toàn, bền bỉ và có thể “tự cấp điện” từ sự chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường.
Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng cho điện tử linh hoạt và thiết bị đeo: thay vì chỉ tập trung nâng hiệu suất, các nhà khoa học đã thành công trong việc kết hợp hiệu suất và độ đàn hồi - hai yếu tố vốn luôn mâu thuẫn với nhau -trong cùng một vật liệu. Đây là tiền đề để phát triển những thiết bị đeo thế hệ mới, vừa thoải mái, vừa có khả năng hoạt động độc lập về năng lượng.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Liu Kai dẫn dắt, với sự tham gia của các nhà khoa học từ nhiều viện nghiên cứu khác, đã phát triển thành công loại vật liệu này nhằm khắc phục hạn chế lâu nay của các vật liệu nhiệt điện. Trước đây, phần lớn thiết bị nhiệt điện dựa trên vật liệu vô cơ, có hiệu suất cao nhưng rất cứng và giòn, gần như không thể chịu được biến dạng kéo giãn hay uốn cong – điều vốn cần thiết với các thiết bị đeo hoặc điện tử linh hoạt.
Vật liệu mới mà nhóm phát triển vừa có tính đàn hồi giống cao su, vừa giữ được hiệu suất chuyển đổi nhiệt điện cao. Cụ thể, vật liệu có thể giãn tới khoảng 150% rồi hồi lại hình dạng ban đầu, đồng thời đạt hệ số hiệu suất nhiệt điện (ZT) xấp xỉ 0,49 ở nhiệt độ phòng – mức tương đương với nhiều vật liệu nhiệt điện vô cơ linh hoạt hiện nay. Để đạt được điều này, họ đã kết hợp ba kỹ thuật: tách pha nano để tạo mạng dẫn điện ổn định trong nền đàn hồi, liên kết chéo kích hoạt nhiệt để giúp vật liệu bền khi kéo giãn, và pha tạp có định hướng nhằm duy trì khả năng dẫn điện cao.
Từ vật liệu này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm chế tạo mô-đun phát điện nhiệt điện mềm có thể áp sát lên bề mặt da, vẫn hoạt động ổn định khi bị uốn cong hoặc kéo giãn. Điều này mở ra triển vọng lớn cho các thiết bị điện tử đeo trên người, vốn cần nguồn năng lượng nhỏ gọn, an toàn, bền bỉ và có thể “tự cấp điện” từ sự chênh lệch nhiệt độ giữa cơ thể và môi trường.
Nghiên cứu này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng cho điện tử linh hoạt và thiết bị đeo: thay vì chỉ tập trung nâng hiệu suất, các nhà khoa học đã thành công trong việc kết hợp hiệu suất và độ đàn hồi - hai yếu tố vốn luôn mâu thuẫn với nhau -trong cùng một vật liệu. Đây là tiền đề để phát triển những thiết bị đeo thế hệ mới, vừa thoải mái, vừa có khả năng hoạt động độc lập về năng lượng.
