Ученые из Юго-Восточного университета города Нанкин разработали новое покрытие для термоэлектрических генераторов, преобразующих тепло человеческого тела в электричество. Их технология открывает путь к созданию одежды и гаджетов, которые будут питать себя сами, например, для медицины, спорта или «умного» текстиля.
Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — это компактные устройства, преобразующие тепло тела в электрическую энергию без аккумуляторов и проводов. Принцип их работы построен на разности температур: одна сторона нагревается от кожи, а другая должна оставаться холодной. За счет этого перепада вырабатывается ток. Такие генераторы можно встроить, например, в браслет, пластырь или ткань, чтобы питать датчики, фитнес-устройства или небольшие сенсоры. Однако для эффективной работы ТЭГ необходимо поддерживать достаточную разницу температур, с чем у носимых устройств как раз и возникают сложности: их внешняя сторона быстро нагревается от тела и воздуха, из-за чего снижается перепад, а вместе с ним — и выработка энергии. Для охлаждения часто используют специальные покрытия, которые отражают солнечный свет, но они, как правило, крепятся с помощью клея. Клей же не только ухудшает теплопередачу, но и снижает гибкость, прочность и со временем может отслаиваться при движении и изгибах.
Для решения этой проблемы китайские исследователи создали конструкцию, в которой соединили охлаждающее покрытие и корпус ТЭГ без клея. Оба элемента они изготовили из одного и того же материала — эластичного, биосовместимого полимера полидиметилсилоксана (PDMS). В состав покрытия были добавлены микрочастицы диоксида титана (TiO₂) и оксида иттрия (Y₂O₃), обеспечивающие высокую отражающую способность и способность излучать тепло в атмосферное окно — диапазон длин волн, через который излучение может уходить напрямую в космос. Покрытие наносится методом распыления, что позволяет получить прочный, однородный и гибкий слой.
Исследование включало лабораторные и уличные испытания в Нанкине. В контролируемых условиях устройство по сравнению с традиционной конструкцией с клеевым креплением показало прирост выходного напряжения на 17% без солнечного освещения и увеличение мощности на 21% при воздействии солнечного света. В реальных уличных испытаниях в жаркий солнечный день устройство достигло максимального напряжения 4,78 мВ/см², почти на 50% выше, чем у образца с клеевым соединением. Также новое покрытие продемонстрировало высокую механическую прочность: оно оказалось в 4,4 раза устойчивее к отрыву, выдерживало растяжение более чем в два раза сильнее и сохраняло стабильные свойства даже после 250 циклов изгибов и растяжений.
Таким образом, китайские ученые сделали шаг вперед к созданию легких, надежных и автономных источников энергии, которые можно интегрировать в одежду и носимую электронику — от медицинских сенсоров и фитнес-гаджетов до элементов «умного» текстиля, таких как ткани с управляемым подогревом, световые индикаторы, а также материалы с возможностью зарядки портативных устройств или даже передачи данных по Bluetooth.
