Onderling verbonden gezondheidszorg en vele andere toekomstige toepassingen zullen internetverbindingen tussen miljarden sensoren vereisen. De apparaten die deze toepassingen mogelijk maken, moeten klein zijn, flexibel, betrouwbaar, en ecologisch duurzaam. Onderzoekers moeten nieuwe tools ontwikkelen die verder gaan dan batterijen om deze apparaten van stroom te voorzien. omdat het continu vervangen van batterijen moeilijk en duur is.

In een studie gepubliceerd in Geavanceerde materialen Technologieën, onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben onthuld hoe het thermo-elektrische effect, of het omzetten van temperatuurverschillen in elektriciteit, kan optimaal worden gebruikt om kleine, flexibele apparaten. Hun onderzoek heeft aangetoond waarom de prestaties van thermo-elektrische apparaten tot op heden nog niet hun volledige potentieel hebben bereikt.

Thermo-elektrische stroomgeneratoren hebben veel voordelen. Bijvoorbeeld, ze zijn zelfvoorzienend en zelfvoorzienend, hebben geen bewegende delen, en zijn stabiel en betrouwbaar. Zonne-energie en vibratie-energie hebben niet al deze voordelen. Luchtvaart en vele andere industrieën gebruiken het thermo-elektrische effect. Echter, toepassingen om te verdunnen, flexibele displays staan ​​nog in de kinderschoenen.

Veel onderzoekers hebben de prestaties van het apparaat alleen geoptimaliseerd vanuit het oogpunt van de thermo-elektrische materialen zelf. "Onze aanpak is om ook het elektrische contact te bestuderen, of de schakelaar die het apparaat in- en uitschakelt, " legt Tohru Sugahara uit, corresponderende auteur van de studie. "De efficiëntie van elk apparaat hangt in grote mate af van de contactweerstand."

In hun studie hebben gebruikten de onderzoekers geavanceerde techniek om een ​​bismut-telluride-halfgeleider te maken op een 0,4 gram, 100 vierkante millimeter flexibel, dunne polymeerfilm. Dit apparaat weegt minder dan een paperclip, en is kleiner dan de grootte van een volwassen vingernagel. De onderzoekers behaalden een maximale vermogensdichtheid van 185 milliwatt per vierkante centimeter. "Het uitgangsvermogen voldoet aan de standaardspecificaties voor draagbare en draagbare sensoren, " zegt Tohru Sugahara, de andere co-hoofdauteur van de studie.

Echter, ongeveer 40% van het mogelijke uitgangsvermogen van het apparaat ging verloren vanwege contactweerstand. In de woorden van Tohru Sugahara:"Het is duidelijk, onderzoekers zouden zich moeten concentreren op het verbeteren van de thermische en elektrische contactweerstand om het vermogen nog verder te verbeteren."

het Japanse Society 5.0-initiatief, gericht op het helpen van iedereen om samen te leven en te werken, stelt voor dat de hele samenleving wordt gedigitaliseerd. Een dergelijke toekomst vereist efficiënte manieren om onze apparaten met elkaar te verbinden. Technologische inzichten, zoals die van Ekubaru, co-hoofdauteur, en Sugahara, zijn nodig om deze droom werkelijkheid te laten worden.

Het artikel, "Vervaardiging en karakterisering van ultralichtgewicht, compact, en flexibel thermo-elektrisch apparaat op basis van zeer verfijnde chipmontage, " werd gepubliceerd in Geavanceerde materiaaltechnologieën .