تبدیل گرمای بدن به برق با مهندسی فضای خالی اتمی

در دنیای امروزی، فناوری‌های نوین به سرعت در حال تغییر روند زندگی انسان‌ها هستند و برخی از این فناوری‌ها، زندگی ما را به طرز چشمگیری متحول کرده‌اند. یکی از این فناوری‌ها، تبدیل گرمای بدن به برق است که به وسیله مهندسی فضای خالی اتمی به دست آمده است. پژوهشگران دانشگاه فناوری کوئینزلند (QUT) به تازگی موفق به ساخت نیمه‌رسانایی انعطاف‌پذیری شده‌اند که می‌تواند گرمای بدن را به طور مؤثر به برق تبدیل کند. این نوآوری نه تنها به کاهش نیاز به باتری‌ها در دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کند، بلکه می‌تواند راهی نوین برای ساخت پوشیدنی‌هایی بدون باتری باشد. در این مقاله به بررسی جزئیات این فناوری، تأثیرات آن و آینده آن پرداخته خواهد شد.

مهندسی فضای خالی اتمی: مفهومی نو در علم مواد

مهندسی فضای خالی اتمی یکی از رویکردهای جدید در علم مواد است که به تغییر و بهبود خواص مواد از طریق مدیریت و کنترل دقیق فضاهای خالی بین اتم‌ها در ساختار بلوری ماده می‌پردازد. این تکنیک می‌تواند به‌طور چشمگیری خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی مواد را بهبود بخشد. پژوهشگران دانشگاه فناوری کوئینزلند (QUT) با بهره‌گیری از این رویکرد، موفق شدند یک آلیاژ خاص به نام AgCu(Te,Se,S) بسازند که قادر است گرما را به طور مؤثر به برق تبدیل کند.

این آلیاژ، که ترکیبی از نقره (Ag)، مس (Cu)، تلوریوم (Te)، سلنیم (Se) و گوگرد (S) است، به روشی ساده و مقرون‌به‌صرفه از طریق ذوب‌سازی سنتز شده است. این ماده از نظر حرارتی و الکتریکی بسیار کارآمد است و قادر است گرمای بدن را به برق تبدیل کند.

تکنولوژی ترموالکتریک انعطاف‌پذیر: انقلابی در پوشیدنی‌ها

یکی از ویژگی‌های برجسته این نیمه‌رسانای جدید، انعطاف‌پذیری بالای آن است. برخلاف بسیاری از مواد ترموالکتریک که یا شکننده و سخت هستند یا عملکرد پایین دارند، این آلیاژ می‌تواند به‌طور انعطاف‌پذیر به کار گرفته شود و در پوشیدنی‌های مختلف، از جمله دستبندهای هوشمند، ساعت‌های هوشمند و حتی لباس‌های هوشمند استفاده شود.

این تکنولوژی می‌تواند در آینده‌ای نزدیک جایگزینی برای باتری‌ها باشد. به جای استفاده از باتری‌های معمولی که نیاز به شارژ دارند، پوشیدنی‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند می‌توانند انرژی خود را از گرمای بدن انسان تأمین کنند. این بدین معنی است که انسان‌ها می‌توانند بدون نیاز به حمل باتری‌های اضافی، از دستگاه‌های الکترونیکی خود استفاده کنند.

خواص آلیاژ AgCu(Te,Se,S) و کاربردهای آن

آلیاژ AgCu(Te,Se,S) که به‌طور خاص برای این پژوهش ساخته شده است، یک ماده ترموالکتریک بسیار کارآمد است. این آلیاژ با کنترل دقیق فضاهای خالی بین اتم‌ها در ساختار بلوری خود، قادر است بازده تبدیل گرما به برق را به میزان چشمگیری افزایش دهد. این ماده علاوه بر افزایش عملکرد ترموالکتریک، انعطاف‌پذیری بالایی نیز دارد که باعث می‌شود آن را برای استفاده در پوشیدنی‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف‌پذیر مناسب کند.

در این پژوهش، محققان موفق شدند چندین میکرودستگاه انعطاف‌پذیر بر پایه این ماده طراحی کنند که به راحتی بر روی بازو یا سایر قسمت‌های بدن قرار می‌گیرند. این میکرودستگاه‌ها به‌طور مؤثر گرمای بدن را به برق تبدیل کرده و می‌توانند به‌عنوان منابع انرژی بدون نیاز به باتری برای دستگاه‌های مختلف عمل کنند. به‌عنوان مثال، در آینده‌ای نزدیک، ممکن است بتوانیم از ساعت‌های هوشمند یا دستبندهای هوشمند بدون نیاز به باتری‌های قابل شارژ استفاده کنیم.

چالش‌ها و مزایای این فناوری

در حالی که این فناوری نوآورانه بسیاری از مشکلات انرژی را حل می‌کند، همچنان چالش‌هایی نیز در مسیر توسعه و تجاری‌سازی آن وجود دارد. یکی از چالش‌ها، پیچیدگی‌های تولید و ساخت این آلیاژ است. به‌طور خاص، مدیریت فضاهای خالی اتمی و سنتز آلیاژهایی که بتوانند به‌طور مؤثر گرما را به برق تبدیل کنند، نیازمند تخصص‌های پیشرفته در علم مواد و نانوتکنولوژی است.

با این حال، مزایای این فناوری به‌طور چشمگیری بیشتر از چالش‌های آن است. یکی از مهم‌ترین مزایای آن، کاهش وابستگی به باتری‌ها است که به‌طور مستقیم به کاهش هزینه‌های انرژی و همچنین کاهش مشکلات زیست‌محیطی ناشی از استفاده از باتری‌های شیمیایی کمک می‌کند. علاوه بر این، این فناوری می‌تواند به‌طور چشمگیری به کاهش ضایعات انرژی در دستگاه‌های الکترونیکی کمک کند و امکان استفاده از انرژی پاک و پایدار را فراهم آورد.

آینده پوشیدنی‌های بدون باتری

یکی از کاربردهای بسیار جذاب این فناوری، توسعه پوشیدنی‌های بدون باتری است. تصور کنید که ساعت هوشمند یا گوشی موبایل شما نه تنها به راحتی شارژ نمی‌شود، بلکه نیازی به باتری ندارد و تنها با استفاده از گرمای بدن شما، انرژی مورد نیاز خود را تأمین می‌کند. این امر می‌تواند به‌طور چشمگیری به صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری باتری‌ها کمک کند.

پوشیدنی‌های بدون باتری می‌توانند در صنایع مختلفی از جمله بهداشت و درمان، ورزش، و الکترونیک مصرفی به‌طور گسترده‌ای استفاده شوند. به‌عنوان مثال، در بیمارستان‌ها می‌توان از این فناوری برای نظارت مداوم بر وضعیت بیماران استفاده کرد، بدون اینکه نیازی به تعویض مداوم باتری‌ها باشد. همچنین در ورزشکاران، این فناوری می‌تواند برای نظارت بر عملکرد بدن و میزان انرژی استفاده‌شده در طول تمرینات به‌کار گرفته شود.

نتیجه‌گیری

پژوهشگران دانشگاه فناوری کوئینزلند با مهندسی فضای خالی اتمی و ساخت آلیاژ AgCu(Te,Se,S) موفق به توسعه فناوری جدیدی شده‌اند که قادر است گرمای بدن را به‌طور مؤثر به برق تبدیل کند. این فناوری نوآورانه می‌تواند به‌طور گسترده‌ای در پوشیدنی‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی بدون باتری مورد استفاده قرار گیرد و در نهایت منجر به کاهش وابستگی به باتری‌ها و ایجاد انرژی پایدار و پاک در زندگی روزمره انسان‌ها شود.

با توجه به پیشرفت‌های سریع در حوزه الکترونیک انعطاف‌پذیر و ترموالکتریک، می‌توان انتظار داشت که در آینده‌ای نزدیک، شاهد ظهور پوشیدنی‌های بدون باتری و دستگاه‌های الکترونیکی مبتنی بر گرمای بدن باشیم که زندگی انسان‌ها را راحت‌تر و پایدارتر خواهند کرد.

صعود جدید رضا شهلایی به قله دائولاگیری

معجزه دلارهای نفتی: چگونه نیوکاسل از خاکستر سقوط برخاست؟

پارچه فاستونی ایرانی یا خارجی

سنگر جدید سالمندان