Projeto cristalino para o semicondutor termoelétrico flexível de alto desempenho

Em um estudo publicado na revista Comunicação da natureza os pesquisadores usaram “engenharia de vagas” para aumentar a capacidade de um semicondutor AGCU (TE, SE, S), que é uma liga composta de prata, cobre, telúrio, selênio e enxofre, para converter o calor do corpo em eletricidade.

A engenharia de vagas é o estudo e a manipulação de espaços vazios, ou “vagas”, em um cristal onde estão faltando átomos, para influenciar as propriedades do materials, como melhorar suas propriedades mecânicas ou otimizar sua condutividade elétrica ou propriedades térmicas.

Alongside first writer Nanhai Li, the QUT researchers contributing to the research embody Dr Xiao-Lei Shi, Siqi Liu, Tian-Yi Cao, Min Zhang, Wan-Yu Lyu, Wei-Di Liu, Dongchen Qi and Professor Zhi-Gang Chen, all from the ARC Analysis Hub in Zero-emission Energy Technology for Carbon Neutrality, the QUT College of Chemistry and Physics, and the QUT Centro de Ciência dos Materiais.

O Natureza Comunicação O artigo detalha o processo no qual os pesquisadores da QUT, guiados pelo design computacional avançado, sintetizaram um semicondutor AGCU flexível (TE, SE, S) através de um método de fusão simples e econômico. Li disse que o controle preciso das vagas atômicas do materials não apenas melhorou sua capacidade de converter o calor em eletricidade, mas também deu ao materials excelentes propriedades mecânicas, o que significa que poderia ser moldado de diferentes maneiras para se adaptar a aplicações práticas mais complexas.

Para demonstrar o potencial de aplicação prática do materials, os pesquisadores projetaram vários dispositivos micro-flexíveis diferentes com base no materials que poderia ser facilmente anexado ao braço de uma pessoa.

Li disse que o estudo abordou o desafio de melhorar a capacidade de conversão de calor-eletricidade de um semicondutor AGCU (TE, SE, S), enquanto ainda permanece flexível e elástico, que eram propriedades desejadas para dispositivos vestíveis.

“Os materiais termoelétricos chamaram a atenção generalizada nas últimas décadas, à luz de sua capacidade única de converter calor em eletricidade sem gerar poluição, ruído e exigir peças móveis”, disse Li.

“Como fonte contínua de calor, o corpo humano produz uma certa diferença de temperatura com o ambiente e, quando exercitamos, que gera mais calor e uma maior diferença de temperatura entre o corpo humano e o meio ambiente”.

O professor Chen disse que, com o rápido avanço da eletrônica flexível, a demanda por dispositivos termoelétricos flexíveis estava crescendo significativamente e os pesquisadores de QUT estavam na vanguarda da pesquisa nessa área.

Em um estudo recente separado publicado em CiênciaO professor Chen e os pesquisadores do The ARC Analysis Hub em geração de energia em emissão zero para neutralidade de carbono desenvolveram um filme flexível e ultrafino que poderia alimentar dispositivos vestíveis de próxima geração usando calor corporal, eliminando a necessidade de baterias.

“A chave para avançar a tecnologia termoelétrica flexível é examinar possibilidades abrangentes”, disse o professor Chen.

“Os dispositivos termoelétricos flexíveis convencionais são atualmente fabricados usando materiais termoelétricos inorgânicos de filme fino, materiais termoelétricos orgânicos depositados em substratos flexíveis e compósitos híbridos de ambos.

“Os materiais orgânicos e inorgânicos têm suas limitações – os materiais orgânicos geralmente sofrem de baixo desempenho e, embora os materiais inorgânicos ofereçam melhor condutividade de calor e eletricidade, normalmente são quebradiços e não flexíveis.

“O tipo de semicondutor usado nesta pesquisa é um materials inorgânico raro que tem potencial impressionante para um desempenho termoelétrico flexível. No entanto, os mecanismos de física e química subjacentes para melhorar seu desempenho, mantendo a plasticidade excepcional, permaneceram em grande parte inexplorada até agora”.