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    La gelatina potrebbe presto alimentare i nostri dispositivi indossabili e IoT

    Figura 1. Gigantesca potenza termica dei materiali ionici termoelettrici (i-TE). (A) i-TE materiali di gelatina- X KCl- m / n FeCN4-/3- ( X è KCl e m / n sono concentrazioni molari di K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6, rispettivamente) in questo lavoro come Gelatin ( X =0 M, m / n =0 M), Gelatina-FeCN4-/3- ( X =0 M, m / n =0,42/0,25 M), Gelatina-KCl ( X =0,8 M, m / n =0 M) e Gelatina-KCl-FeCN4-/3- ( X =0,8 M, m / n =0,42/0,25 M, rapporto in volume tra acqua e gelatina R v =2.0 e 3.0). (B) Potenza termica assoluta dei materiali i-TE contenenti l'effetto termodiffusione o l'effetto termogalvanico. Credito:Southern University of Science and Technology

    Ricerca innovativa pubblicata su Scienza e guidato dalla Southern University of Science and Technology (SUSTech) ha scoperto che la gelatina potrebbe essere utilizzata per alimentare i dispositivi in ​​futuro, utilizzando solo il calore generato dal corpo umano.

    Professore Associato Weishu Liu (MSE, SUSTech) ha guidato il suo gruppo di ricerca, in collaborazione con il Professor Gang Chen presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Massachusetts Institute of Technology (MIT), per sviluppare un dispositivo indossabile proof-of-concept alimentato da gelatina. Il documento è stato pubblicato online sulla rivista accademica ad alto impatto, La scienza come prima uscita, sotto il titolo, "Gigante potere termico della gelatina ionica vicino alla temperatura ambiente, " giovedì 30 aprile, 2020

    La maggior parte dei materiali termoelettrici sono semiconduttori inorganici che richiedono metalli nobili o tecnologie di lavorazione. I ricercatori si sono concentrati sull'esplorazione di nuovi materiali termoelettrici vicini alla temperatura ambiente, che sfruttano l'effetto Seebeck per convertire l'energia termica in energia elettrica. L'uso di dispositivi termoelettrici elettronici autoalimentati richiede l'integrazione di migliaia o addirittura decine di migliaia di minuscoli elementi termoelettrici di 10-100 micron, o includere un amplificatore di tensione CC-CC con un costo della densità di potenza in uscita.

    In vista della sfida della partita di tensione, Weishu Liu ha chiesto un'esplorazione di "andare oltre Seebeck" considerando l'uso di ioni e dominio elettrico come vettore energetico, o altri nuovi meccanismi per risolvere questa sfida dell'applicazione termoelettrica. Queste raccomandazioni sono state fatte nel suo articolo intitolato "Nuove tendenze, strategie, e opportunità nei materiali termoelettrici:una prospettiva, " pubblicato in Materiali Oggi Fisica nel 2017.

    Figura 2. Proof of concept del dispositivo i-TE indossabile. (A) Prova di trazione del materiale i-TE. (B) Tensione generata da un dispositivo indossabile flessibile i-TE proof-of-concept con 25 elementi unipolari (5 × 5 × 1,8 mm) in serie indossati sul dorso della mano umana. (C) Potenza (linea, −), tensione (linea tratteggiata, –), corrente di uscita (linea tratteggiata, -∙-) raccogliendo il calore corporeo reale. (D) Confronto delle prestazioni nella tensione di uscita e nella potenza del dispositivo indossabile utilizzando materiali e-TE e materiali i-TE quasi allo stato solido in una condizione di usura del corpo umano reale. n rappresentato il numero degli elementi termoelettrici di tipo n/p nei dispositivi indossabili. Credito:Southern University of Science and Technology

    Il documento pubblicato oggi in Scienza è il riflesso di molti anni di duro lavoro. La gelatina in questione è una sostanza ad alto peso molecolare che si trova nelle ossa. È ricercato dagli chef in una vasta gamma di cucine, pur essendo una materia prima essenziale per diverse applicazioni industriali.

    Il team di ricerca ha originariamente proposto che un gel ionico quasi solido potesse ottenere un gigantesco effetto di potenziale termoelettrico combinando l'effetto dell'entropia diffusa degli ioni e l'entropia di reazione della coppia redox (reazione di riduzione-ossidazione chimica). Hanno raggiunto una potenza termica di 17,0 mV K-1 in materiale termoelettrico ionico quasi solido, che è quasi due ordini di grandezza superiore a quello del tipico termoelettrico elettronico

    Il team di ricerca ha quindi assemblato venticinque unità per rappresentare un dispositivo proof-of-concept. Ogni unità è stata assemblata in un dispositivo indossabile flessibile, usando un corpo umano per il potere. I ricercatori potrebbero raggiungere una tensione fino a 2,2 volt (V) e una potenza massima di 5 μW. Anche se sembra piccolo, può pilotare i sensori della maggior parte dei dispositivi Internet of Things (IoT).

    Weishu Liu ha detto, "La scoperta sperimentale del gigantesco effetto termoelettrico ci ha portato gioia, e poi tante domande. Il prof. Gang Chen ci ha fornito le linee guida essenziali per rispondere a ciascuna domanda una per una. Ci ha anche permesso di realizzare la verità sulla gioia della ricerca:non smettere mai di esplorare, perché è tutto incentrato sul tuo sogno. Devi continuare a cercare finché non ottieni la verità, per trovare nuove conoscenze."


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