جهشی صنعتی در ساخت نانو ژنراتورهای ترموالکتریک
به گزارش واحد علم و فناوری خبرگزاری صبح اقتصاد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، تیمی از پژوهشگران «مؤسسه تحقیقات شیمیایی کره» (Korea Research Institute of Chemical Technology – KRICT) به سرپرستی «می‌جونگ هان» و «یونگ هون کانگ»، ژنراتور ترموالکتریکی (TEG) نوینی را توسعه داده‌اند که با بهره‌گیری از ساختار اسفنجی نانولوله کربنی (CNT) ساخته شده و بر محدودیت‌های مواد ترموالکتریک آلی غلبه کرده است. این فناوری جدید، ضمن حفظ انعطاف‌پذیری مکانیکی، قابلیت بالایی در برداشت انرژی حرارتی و تأمین برق برای دستگاه‌های کوچک از جمله حسگرهای پوشیدنی دارد.
برخلاف مواد ترموالکتریک سنتی که عمدتاً از فلزات سخت ساخته می‌شوند، استفاده از نانولوله‌های کربنی باعث کاهش وزن و افزایش انعطاف‌پذیری سازه می‌شود. با این حال، تلاش‌های پیشین برای بهره‌گیری از CNT در ساخت ژنراتورهای ترموالکتریک به دلیل عملکرد ضعیف و دوام پایین، چندان موفق نبود. پژوهشگران KRICT برای رفع این مشکل، فرآیند ساخت اختصاصی‌ای را طراحی کرده‌اند که نانولوله‌های کربنی را به جای فیلم‌های نازک، به ساختارهای فومی حجیم تبدیل می‌کند.
در این روش، پودر ترکیب شده با مواد ترموالکتریک در قالب‌های خاص ریخته شده و با فرآیند تبخیر سریع حلال در دمای محیط و حرارت‌دهی نهایی، ساختاری اسفنجی و متخلخل ایجاد می‌شود. همچنین ذرات ماده ترموالکتریک بیسموت آنتیمون تلورید (Bi₀.₄₅Sb₁.₅₅Te₃ – BST) به صورت یکنواخت در منافذ فوم توزیع می‌شوند که این امر باعث بهبود پایداری مکانیکی و افزایش چشمگیر عملکرد ترموالکتریک ماده می‌شود.
نتیجه این فناوری، دستیابی به ضریب شایستگی ترموالکتریک (zT) برابر با ۰.۰۰۷۸ است که ۵.۷ برابر بیشتر از فوم‌های CNT بدون افزودنی BST است. در آزمایش‌های انجام شده روی لوله شیشه‌ای با اختلاف دمای ۲۱.۸ درجه کلوین، این ژنراتور موفق به تولید توان ۱۵.۷ میکرووات شد؛ مقداری که برای راه‌اندازی حسگرهای پوشیدنی کافی است.
افزون بر این، دوام مکانیکی این ژنراتور نیز در آزمون‌های خم کردن در ۱۰ هزار چرخه تأیید شده و کاهش چشمگیری در عملکرد مشاهده نشده است. نکته مهم دیگر، کاهش زمان تولید این فوم‌ها به تنها ۴ ساعت است؛ در حالی که روش‌های سنتی تولید TEG مبتنی بر CNT بیش از سه روز زمان نیاز دارند. این ویژگی، توانمندی بالای این فناوری برای تولید انبوه را نشان می‌دهد.
تیم تحقیقاتی KRICT در نظر دارد با بهره‌گیری از روش‌های دوپینگ، بهره‌وری ترموالکتریکی این ماده را بیش از پیش افزایش دهد و هدف‌گذاری کرده‌اند که تا سال ۲۰۳۰ این فناوری را به مرحله تجاری‌سازی برسانند. از جمله کاربردهای آتی این فناوری می‌توان به استفاده در سامانه‌های مدیریت حرارتی باتری‌ها، مراکز داده هوش مصنوعی و دستگاه‌های الکترونیکی خودکار و پوشیدنی اشاره کرد.
هان و کانگ در این‌باره اعلام کرده‌اند: «این مطالعه گامی مهم در توسعه دستگاه‌های خودتأمین و انعطاف‌پذیر محسوب می‌شود. قابلیت شکل‌پذیری بالا و دوام این مواد، افق‌های تازه‌ای را در زمینه برداشت انرژی باز می‌کند.»
مقاله این تیم تحقیقاتی در شماره ژانویه ۲۰۲۵ مجله معتبر Carbon Energy (با ضریب تأثیر ۱۹.۵) منتشر شده و بر روی پشت جلد این نشریه قرار گرفته است. «میونگ هون جونگ» و «اون جین بِی» نیز به‌عنوان نویسندگان اول در تهیه این مقاله مشارکت داشته‌اند.
- منبع خبر : ایرنا
