Исследователи синтезировали новый материал, который может быть использован в качестве гибкого полупроводника в носимых устройствах

В исследовании, опубликованном в Nature Communication, учёные использовали «инженерию вакансий», чтобы повысить способность полупроводника AgCu(Te, Se, S), который представляет собой сплав серебра, меди, теллура, селена и серы, преобразовывать тепло тела в электричество.

Инженерия вакансий — это изучение и манипулирование пустыми местами, или «вакансиями», в кристалле, где отсутствуют атомы, для воздействия на свойства материала, например, для улучшения его механических свойств, оптимизации электропроводности или тепловых свойств.

Помимо первого автора Нанхай Ли, в исследовании приняли участие исследователи QUT: доктор Сяо-Лэй Ши, Сици Лю, Тянь-И Цао, Мин Чжан, Ван-Ю Лю, Вэй-Ди Лю, Дунчэнь Ци и профессор Чжи-Ганг Чен — все из исследовательского центра ARC по производству электроэнергии с нулевым уровнем выбросов для достижения углеродной нейтральности, Школы химии и физики QUT и Центра материаловедения QUT.

В статье подробно описывается процесс, в ходе которого исследователи QUT, опираясь на передовые вычислительные методы, синтезировали гибкий полупроводник AgCu(Te, Se, S) с помощью простого и экономичного метода плавления.

Г-н Ли сказал, что точный контроль над атомными вакансиями в материале не только улучшает его способность преобразовывать тепло в электричество, но и придаёт материалу отличные механические свойства, а значит, его можно по-разному формовать, чтобы адаптировать к более сложным практическим применениям.

Чтобы продемонстрировать потенциал практического применения материала, исследователи разработали несколько различных микрогибких устройств на основе этого материала, которые можно легко прикрепить к руке человека.

Г-н Ли сказал, что в ходе исследования была решена задача повышения способности полупроводника AgCu(Te, Se, S) преобразовывать тепло в электричество, сохраняя при этом гибкость и растяжимость, которые являются желаемыми свойствами для носимых устройств.

«Термоэлектрические материалы привлекли широкое внимание в последние несколько десятилетий благодаря своей уникальной способности преобразовывать тепло в электричество без загрязнения окружающей среды, шума и движущихся частей», — сказал г-н Ли.

«Являясь постоянным источником тепла, человеческое тело создаёт определённую разницу температур с окружающей средой, и когда мы тренируемся, выделяется больше тепла и увеличивается разница температур между человеческим телом и окружающей средой».

Профессор Чен сказал, что с развитием гибкой электроники спрос на гибкие термоэлектрические устройства значительно вырос, и исследователи QUT находятся в авангарде исследований в этой области.

В отдельном исследовании, опубликованном в Science, профессор Чен и исследователи из исследовательского центра ARC по выработке электроэнергии с нулевым уровнем выбросов для достижения углеродной нейтральности разработали ультратонкую гибкую плёнку, которая может питать носимые устройства нового поколения за счёт тепла тела, устраняя необходимость в аккумуляторах.

«Ключом к развитию гибкой термоэлектрической технологии является изучение широкого спектра возможностей», — сказал профессор Чен.

«В настоящее время основные гибкие термоэлектрические устройства изготавливаются с использованием неорганических тонкоплёночных  органических термоэлектрических материалов, нанесённых на гибкие подложки, и гибридных композитов из них.

«Тип полупроводника, использованного в этом исследовании, представляет собой редкий неорганический материал, обладающий поразительным потенциалом для гибкой термоэлектрической работы. Однако до сих пор не были изучены физические и химические механизмы, лежащие в основе повышения его производительности при сохранении исключительной пластичности».