Baanbrekend onderzoek gepubliceerd in Wetenschap en geleid door de Southern University of Science and Technology (SUSTech) heeft ontdekt dat gelatine in de toekomst kan worden gebruikt om apparaten van stroom te voorzien, alleen de warmte gebruiken die door het menselijk lichaam wordt gegenereerd.

Universitair hoofddocent Weishu Liu (MSE, SUSTech) heeft zijn onderzoeksteam geleid, in samenwerking met professor Gang Chen van de faculteit Werktuigbouwkunde, Massachusetts Instituut voor Technologie (MIT), om een ​​proof-of-concept draagbaar apparaat te ontwikkelen dat wordt aangedreven door gelatine. De paper is online gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift, Wetenschap als eerste uitgave, onder de titel, "Reusachtige thermokracht van ionische gelatine bij kamertemperatuur, " op donderdag 30 april 2020

De meeste thermo-elektrische materialen zijn anorganische halfgeleiders die edele metalen of verwerkingstechnologie vereisen. Onderzoekers hebben zich gericht op het verkennen van nieuwe thermo-elektrische materialen in de buurt van kamertemperatuur, die het Seebeck-effect gebruiken om thermische energie om te zetten in elektrische energie. Het gebruik van zelfaangedreven elektronische thermo-elektrische apparaten vereist de integratie van duizenden of zelfs tienduizenden minuscule thermo-elektrische elementen van 10-100 micron, of een DC-DC-spanningsversterker opnemen met een kostprijs van de uitgangsvermogensdichtheid.

Vooruitlopend op de spanningsmatch-uitdaging, Weishu Liu riep op tot een verkenning van "verder gaan dan Seebeck" door het gebruik van ionen en het elektrische domein als energiedrager te overwegen, of andere nieuwe mechanismen om deze uitdaging op het gebied van thermo-elektrische toepassingen op te lossen. Deze aanbevelingen werden gedaan in zijn paper getiteld "New trends, strategieën, en kansen in thermo-elektrische materialen:een perspectief, " gepubliceerd in Materialen Vandaag Natuurkunde anno 2017.

De krant die vandaag is gepubliceerd in Wetenschap is een weerspiegeling van vele jaren hard werken. De gelatine in kwestie is een hoogmoleculaire stof die in botten wordt aangetroffen. Het is gewild bij chef-koks in een breed scala aan keukens, terwijl het ook een essentiële grondstof is voor verschillende industriële toepassingen.

Het onderzoeksteam stelde oorspronkelijk voor dat een quasi-vaste ionische gel een gigantisch thermo-elektrisch potentiaal-effect zou kunnen bereiken door het effect van de diffuse entropie van ionen en de reactie-entropie van het redoxpaar (chemische reductie-oxidatiereactie) te combineren. Ze bereikten een thermovermogen van 17,0 mV K-1 in quasi-vaste stof ionisch thermo-elektrisch materiaal, die bijna twee ordes van grootte hoger is dan die van typische elektronische thermo-elektrische

Het onderzoeksteam assembleerde vervolgens vijfentwintig eenheden om een ​​proof-of-concept-apparaat te vertegenwoordigen. Elke eenheid werd geassembleerd tot een flexibel draagbaar apparaat, het gebruik van een menselijk lichaam voor macht. De onderzoekers konden een spanning tot 2,2 volt (V) en een maximaal vermogen van 5 μW bereiken. Hoewel dat klein lijkt, het kan de sensoren van de meeste Internet of Things (IoT)-apparaten aansturen.

Weishu Liu zei:"De experimentele ontdekking van het gigantische thermo-elektrische effect bracht ons vreugde, en dan veel vragen. Prof. Gang Chen gaf ons de essentiële richtlijnen om elke vraag één voor één te beantwoorden. Het stelde ons ook in staat om de waarheid over het plezier van onderzoek te beseffen:geef nooit op met ontdekken, want het draait allemaal om je droom. Je moet blijven zoeken tot je de waarheid hebt, om nieuwe kennis te vinden."