Nästa generations smartklockor kan drivas av kroppsvärme tack vare ett nytt material

Över 60% av den globala energin går förlorad som spillvärme. För att fånga upp denna förlorade energi har ett forskarlag från Institute of Chemistry under Chinese Academy of Sciences skapat ett mycket flexibelt material som omvandlar värme direkt till elektricitet utan att producera föroreningar. Den nya oregelbundna hierarkiskt porösa termoelektriska polymeren, som publiceras i tidskriften Science, erbjuder en lösning för kontinuerlig strömförsörjning för bärbara enheter som smartklockor genom att utnyttja temperaturskillnader i omgivningen, t.ex. kroppsvärme.

För att dessa material ska fungera effektivt måste de leda elektricitet väl samtidigt som de hindrar värme från att läcka ut. Traditionellt sett har flexibla plaster svårt att klara denna balans. Forskarna löste detta genom att blanda en polymer med ett separationsmedel, som senare avlägsnades för att skapa ett nätverk av slumpmässigt formade hål i mikroskop- och nanoskala. Denna svampliknande struktur blockerar fysiskt de mikroskopiska vibrationer som normalt transporterar värme genom ett fast ämne, vilket effektivt minskar värmeförlusten med 72%.

Samtidigt tvingar de trånga utrymmena i den porösa strukturen polymermolekylerna att packa ihop sig mycket tätare och snyggare än vanligt. Denna förbättrade strukturella anpassning skapar mycket effektiva kanaler för elektriska laddningar att färdas genom, vilket ökar den elektriska rörligheten med minst 25%.

Genom att lyckas skilja värmeflödet från det elektriska flödet uppnådde den optimerade filmen en rekordhög effektivitet - en så kallad termoelektrisk "figure-of-merit" - på 1,64 vid cirka 70 grader Celsius. Detta är ett nytt riktmärke som överträffar det tidigare polymerrekordet på 1,28 och till och med överträffar flexibla oorganiska material. Till skillnad från traditionella högpresterande material som kräver komplexa förberedelser, säger forskarna att denna nya film kan tillverkas i stor skala och till låg kostnad med hjälp av enkla spraybeläggningstekniker som liknar tryckning av en tidning.