Sasha
Writer
Các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra "dây cao su đầu tiên trên thế giới" có thể chuyển đổi nhiệt độ cơ thể thành điện, mở đường cho đồng hồ thông minh và các thiết bị đeo khác có khả năng tự động sạc.
Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu này kết hợp tính đàn hồi với khả năng chuyển đổi nhiệt điện hiệu quả.
"Cho đến nay, tất cả các vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao được báo cáo đều chỉ đạt được tính linh hoạt, chứ không phải tính đàn hồi", nhóm nghiên cứu viết trong một bài báo được công bố trên tạp chí Nature được bình duyệt vào tháng trước.
Các thiết bị đeo hiện nay cần pin cồng kềnh hoặc sạc thường xuyên, nhưng nghiên cứu này mở ra triển vọng về một nguồn cung cấp điện liên tục và sẵn sàng, giúp loại bỏ nhu cầu sạc.
Điều này đạt được dựa trên các định luật nhiệt điện, theo đó sự chênh lệch nhiệt độ có thể tạo ra năng lượng - tương tự như cách động cơ hơi nước Watt chuyển đổi nhiệt của nước sôi thành năng lượng, mở đường cho những đầu máy xe lửa đầu tiên.
Vì nhiệt độ cơ thể người thường vào khoảng 37 độ C và nhiệt độ môi trường thường dao động từ 20 đến -30 độ, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã cố gắng khai thác sự chênh lệch nhiệt độ và chuyển đổi nó thành năng lượng điện.
Vật liệu nhiệt điện đã được sử dụng trong nhiều năm. Ví dụ, các tàu thăm dò không gian sâu dựa vào máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ để cung cấp năng lượng khi không có năng lượng mặt trời.
Tuy nhiên, theo Lei Ting, một nhà khoa học vật liệu tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Bắc Kinh, đồng thời là tác giả liên hệ của nghiên cứu, những vật liệu này hoặc là vật liệu vô cơ "cứng như đá" hoặc là vật liệu hữu cơ, mặc dù mềm hơn nhưng lại hoạt động kém khi bị kéo căng.
Ông nói thêm: "Chúng tôi là những người đầu tiên trên thế giới đề xuất khái niệm cao su nhiệt điện".
Lei Ting cho biết nhóm của ông đã và đang nghiên cứu để tạo ra một vật liệu có thể uốn cong, kéo giãn và bám vào da. "Những thiết bị nhiệt như vậy rất thoải mái khi đeo và chuyển đổi hiệu quả năng lượng nhiệt của cơ thể thành năng lượng điện với ít thất thoát nhiệt hơn".
Ông nói thêm rằng, về mặt lý thuyết, nếu vật liệu không bị phân hủy hoặc hư hại thêm, nó sẽ tiếp tục cung cấp điện vô thời hạn.
Điểm đổi mới then chốt nằm ở cấu trúc lai kết hợp và liên kết chéo các polyme bán dẫn với cao su đàn hồi. Bằng cách thiết kế một mạng lưới sợi nano bên trong vật liệu, các nhà nghiên cứu cho biết họ đã đạt được mức độ co giãn chưa từng có trong khi vẫn duy trì độ dẫn điện cao.
Bài báo cho biết sau quá trình xử lý này, vật liệu đã giãn ra hơn 850% chiều dài ban đầu. Sau khi giãn ra 150%, nó có thể phục hồi hơn 90% hình dạng ban đầu, mức độ tương đương với cao su tự nhiên.
Các chất pha tạp đặc biệt đã tiếp tục tăng cường hiệu suất, tạo ra các tính chất nhiệt điện ở nhiệt độ phòng, sánh ngang với các vật liệu vô cơ thông thường cùng loại.
"Điều này không chỉ dừng lại ở việc sạc các thiết bị đeo", Lei Ting nói, đồng thời chỉ ra phạm vi ứng dụng tiềm năng rộng hơn nhiều.
Ví dụ, có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị truyền thông ở những vùng xa xôi và hẻo lánh chỉ bằng cách đốt lửa.
Nhóm nghiên cứu cũng đang có kế hoạch tích hợp vật liệu này vào quần áo, vừa có thể sạc điện thoại di động trong túi, vừa điều chỉnh nhiệt độ cơ thể bằng cách sử dụng các dây bán dẫn để truyền nhiệt ra bên ngoài quần áo.
Đổi mới này cũng có thể được ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ, hiện nay, việc kiểm tra tim mạch yêu cầu bệnh nhân phải đeo một thiết bị điện tử trong một tuần để thu thập đủ dữ liệu.
Điều này đòi hỏi một lượng pin và linh kiện mạch tương đối lớn, nhưng vật liệu mới này có thể cho phép các cảm biến y tế được đeo sát cơ thể mà không cần thêm pin.
Nhóm nghiên cứu cho biết vật liệu này kết hợp tính đàn hồi với khả năng chuyển đổi nhiệt điện hiệu quả.
"Cho đến nay, tất cả các vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao được báo cáo đều chỉ đạt được tính linh hoạt, chứ không phải tính đàn hồi", nhóm nghiên cứu viết trong một bài báo được công bố trên tạp chí Nature được bình duyệt vào tháng trước.
Các thiết bị đeo hiện nay cần pin cồng kềnh hoặc sạc thường xuyên, nhưng nghiên cứu này mở ra triển vọng về một nguồn cung cấp điện liên tục và sẵn sàng, giúp loại bỏ nhu cầu sạc.
Điều này đạt được dựa trên các định luật nhiệt điện, theo đó sự chênh lệch nhiệt độ có thể tạo ra năng lượng - tương tự như cách động cơ hơi nước Watt chuyển đổi nhiệt của nước sôi thành năng lượng, mở đường cho những đầu máy xe lửa đầu tiên.
Vì nhiệt độ cơ thể người thường vào khoảng 37 độ C và nhiệt độ môi trường thường dao động từ 20 đến -30 độ, nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã cố gắng khai thác sự chênh lệch nhiệt độ và chuyển đổi nó thành năng lượng điện.
Vật liệu nhiệt điện đã được sử dụng trong nhiều năm. Ví dụ, các tàu thăm dò không gian sâu dựa vào máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ để cung cấp năng lượng khi không có năng lượng mặt trời.
Tuy nhiên, theo Lei Ting, một nhà khoa học vật liệu tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu thuộc Đại học Bắc Kinh, đồng thời là tác giả liên hệ của nghiên cứu, những vật liệu này hoặc là vật liệu vô cơ "cứng như đá" hoặc là vật liệu hữu cơ, mặc dù mềm hơn nhưng lại hoạt động kém khi bị kéo căng.
Ông nói thêm: "Chúng tôi là những người đầu tiên trên thế giới đề xuất khái niệm cao su nhiệt điện".
Lei Ting cho biết nhóm của ông đã và đang nghiên cứu để tạo ra một vật liệu có thể uốn cong, kéo giãn và bám vào da. "Những thiết bị nhiệt như vậy rất thoải mái khi đeo và chuyển đổi hiệu quả năng lượng nhiệt của cơ thể thành năng lượng điện với ít thất thoát nhiệt hơn".
Ông nói thêm rằng, về mặt lý thuyết, nếu vật liệu không bị phân hủy hoặc hư hại thêm, nó sẽ tiếp tục cung cấp điện vô thời hạn.
Điểm đổi mới then chốt nằm ở cấu trúc lai kết hợp và liên kết chéo các polyme bán dẫn với cao su đàn hồi. Bằng cách thiết kế một mạng lưới sợi nano bên trong vật liệu, các nhà nghiên cứu cho biết họ đã đạt được mức độ co giãn chưa từng có trong khi vẫn duy trì độ dẫn điện cao.
Bài báo cho biết sau quá trình xử lý này, vật liệu đã giãn ra hơn 850% chiều dài ban đầu. Sau khi giãn ra 150%, nó có thể phục hồi hơn 90% hình dạng ban đầu, mức độ tương đương với cao su tự nhiên.
Các chất pha tạp đặc biệt đã tiếp tục tăng cường hiệu suất, tạo ra các tính chất nhiệt điện ở nhiệt độ phòng, sánh ngang với các vật liệu vô cơ thông thường cùng loại.
"Điều này không chỉ dừng lại ở việc sạc các thiết bị đeo", Lei Ting nói, đồng thời chỉ ra phạm vi ứng dụng tiềm năng rộng hơn nhiều.
Ví dụ, có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị truyền thông ở những vùng xa xôi và hẻo lánh chỉ bằng cách đốt lửa.
Nhóm nghiên cứu cũng đang có kế hoạch tích hợp vật liệu này vào quần áo, vừa có thể sạc điện thoại di động trong túi, vừa điều chỉnh nhiệt độ cơ thể bằng cách sử dụng các dây bán dẫn để truyền nhiệt ra bên ngoài quần áo.
Đổi mới này cũng có thể được ứng dụng trong lĩnh vực y tế. Ví dụ, hiện nay, việc kiểm tra tim mạch yêu cầu bệnh nhân phải đeo một thiết bị điện tử trong một tuần để thu thập đủ dữ liệu.
Điều này đòi hỏi một lượng pin và linh kiện mạch tương đối lớn, nhưng vật liệu mới này có thể cho phép các cảm biến y tế được đeo sát cơ thể mà không cần thêm pin.
Nguồn: SCMP
