Умные часы следующего поколения могут работать от тепла тела благодаря новому материалу

Более 60% энергии, производимой в мире, теряется в виде тепла. Чтобы остановить эту потерю, команда исследователей из Института химии Китайской академии наук разработала чрезвычайно гибкий материал, который превращает тепло непосредственно в электричество без вредных выбросов. Опубликованное в журнале Science исследование описывает новый иерархически пористый термоэлектрический полимер, который может обеспечивать постоянное питание для носимых устройств, например смарт-часов, используя разность температур окружающей среды, в частности тепло тела человека.

Чтобы такие материалы работали эффективно, они должны хорошо проводить электричество и в то же время минимизировать потерю тепла. Обычные гибкие пластики с этой задачей справляются плохо. Исследователи решили проблему, смешав полимер со специальным разделительным агентом, который затем удаляли, оставляя сеть неупорядоченных микроскопических и наноотверстий. Эта губчатая структура физически блокирует микроскопические колебания, обычно переносящие тепло через материал, и позволяет уменьшить потерю тепла на 72%.

Одновременно узкие пространства внутри ячеистой структуры заставляют молекулы полимера плотнее и аккуратнее упаковаться, чем обычно. Такая структурная организация создает высокоэффективные каналы для движения электрических зарядов, повышая электрическую проводимость не менее 25%.

Разделив поток тепла и электрический поток, оптимизированная пленка достигла рекордной эффективности – показатель термоэлектрического качества (thermoelectric figure-of-merit) составил 1,64 при температуре около 70°C. Это устанавливает новый мировой стандарт, превышая предыдущий рекорд среди полимеров (1,28) и даже обгоняя гибкие неорганические материалы.