2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
चीनी भौतिकविदों ने पुनर्प्राप्ति प्रभाव के साथ एक कुशल लचीला थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर विकसित किया है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने अर्धचालक वेफर्स को एक बहुलक सब्सट्रेट पर रखा, और एक तरल मिश्र धातु से तारों को बनाया। इसके लिए धन्यवाद, उपकरण मुड़ा हुआ और टूट भी सकता है - अपनी मूल स्थिति में लौटने के बाद, यह तुरंत अपनी चालकता को बहाल कर देगा, और यांत्रिक लोच लगभग डेढ़ घंटे में वापस आ जाएगी। प्राप्त थर्मोइलेक्ट्रिक कोशिकाओं से, बड़े सर्किट को केवल उन्हें जोड़कर और संपर्क सतह को पोलीमराइज़िंग समाधान से गीला करके बनाया जा सकता है। साइंस एडवांस में प्रकाशित लेख।
थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर ऐसे उपकरण हैं जो गर्मी को बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। आवेदन के आधार पर, ऊष्मा स्रोत अंतरिक्ष यान के लिए अंतरिक्ष विकिरण या कारों में निकास गैसें हो सकती हैं। यहां तक कि मानव शरीर की गर्मी का उपयोग छोटी धाराओं को उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है, इसलिए भविष्य में वे पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक लोकप्रिय ऊर्जा स्रोत बन सकते हैं।
ऐसे जनरेटर के संचालन का सिद्धांत सीबेक प्रभाव पर आधारित है: एक तापमान ढाल की उपस्थिति में दो कंडक्टर या अर्धचालक की एक प्रणाली में एक क्षमता उत्पन्न होती है। ऐसे उपकरणों की उत्पादन शक्ति बहुत कम होती है, लेकिन यह कम खपत वाले उपकरणों के लिए पर्याप्त हो सकती है।
आज तक, थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के विकसित प्रोटोटाइप बहुत कठोर और नाजुक हैं, जो जटिल ज्यामितीय विन्यास में उनके आवेदन को बहुत जटिल करते हैं, इसलिए, उनके लचीले एनालॉग्स का विकास विशेष रुचि का है। थर्मोइलेक्ट्रिक फिल्मों, स्याही और फाइबर पर आधारित प्रोटोटाइप पहले से ही ज्ञात हैं। हालांकि, इन सामग्रियों के आधार पर भी प्रोटोटाइप का खराब विस्तार एक महत्वपूर्ण सीमा है। और यह मानव शरीर से जुड़े उपकरणों के लिए प्रमुख मापदंडों में से एक है।
हार्बिन पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के वेई रेन के नेतृत्व में वैज्ञानिकों के एक समूह ने एक लचीला थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर विकसित किया है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने थर्मोइलेक्ट्रिक प्लेटों को एक बहुलक सब्सट्रेट पर रखा। प्लेटों को प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिकों ने उच्च तापमान पर एक पॉलीमाइड सतह पर बिस्मथ और एंटीमनी चाकोजेनाइड्स का छिड़काव किया, जिसके बाद उन्हें 26 मिनट के लिए आर्गन वातावरण में 320 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया। इस मामले में बिस्मथ यौगिक पी-प्रकार अर्धचालक हैं, और सुरमा यौगिक एन-प्रकार हैं।
दो प्रकार के अर्धचालकों को जोड़ने के लिए, लेखकों ने सोने और जर्मेनियम के स्पटरिंग का इस्तेमाल किया। परिणामी थर्मोइलेक्ट्रिक प्लेट्स को पॉलीमाइन पॉलीमर में स्लिट्स को काटकर एक सब्सट्रेट पर तय किया गया था, जिसके बाद उनके बीच एक गैलियम, इंडियम और सिलिकॉन ऑक्साइड वायरिंग लगाई गई थी। इंडियम के साथ गैलियम एक प्रवाहकीय तरल मिश्र धातु है, और सिलिकॉन ऑक्साइड एक फिक्सर है जो इसे अधिक चिपचिपा बनाता है ताकि यह सब्सट्रेट से बाहर न निकले। बहुलक सब्सट्रेट तैयार करने के बाद, भौतिकविदों ने पहले से प्राप्त थर्मोइलेक्ट्रिक प्लेटों को इसमें डाला, शेष गुहाओं को निर्धारण के लिए एक बहुलक समाधान के साथ भर दिया। तरल तारों और टूटने के बाद सहसंयोजक बंधनों को बहाल करने के लिए पॉलीमाइन पॉलिमर की क्षमता के लिए धन्यवाद, डिवाइस लचीला और स्व-उपचार है।
लचीली थर्मोइलेक्ट्रिक सेल निर्माण योजना
इसके बाद, लेखकों ने परिणामी डिवाइस की आउटपुट पावर को मापा। उन्होंने इसे एक हीटिंग पैड पर रखा और इसे हीट सिंक से ढक दिया। गर्म सब्सट्रेट और हीट सिंक के बीच तापमान का अंतर 6 से 95 डिग्री तक भिन्न होता है। हीट सिंक का तापमान स्थिर (20 डिग्री सेल्सियस) था।यह पता चला कि डिवाइस की अधिकतम शक्ति तापमान के अंतर के साथ बढ़ती है और अधिकतम - 19 माइक्रोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर - 95 डिग्री के अंतर के साथ पहुंचती है। इस मामले में, वोल्टेज प्रति वर्ग सेंटीमीटर एक वोल्ट है, जो अन्य लचीले थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर की तुलना में बहुत अधिक है। लेखकों द्वारा किए गए एक स्थायित्व परीक्षण से पता चला है कि डिवाइस 100 डिग्री सेल्सियस के सब्सट्रेट तापमान पर 100 घंटे के बाद भी अपनी शक्ति बरकरार रखता है। त्वचा से जुड़ा जनरेटर एक बैठे और चलने वाले व्यक्ति के लिए क्रमशः 45 और 83 नैनोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर 25 और 33 मिलीवोल्ट प्रति वर्ग सेंटीमीटर प्रदान करता है।
(ए) विभिन्न तापमान श्रेणियों के लिए वोल्टेज पर आउटपुट पावर की निर्भरता (बी) तापमान अंतर पर अधिकतम आउटपुट वोल्टेज की निर्भरता (सी) तापमान अंतर पर वोल्टेज की निर्भरता (डी) समय पर आउटपुट वोल्टेज की निर्भरता
तरल मिश्र धातु तारों और बहुलक संरचना के लिए धन्यवाद, परिणामस्वरूप डिवाइस फ्रैक्चर के बाद भी ठीक हो सकता है। डिवाइस को उसकी मूल स्थिति में वापस करने के तुरंत बाद लिक्विड वायरिंग चालकता को बहाल कर देता है। कुछ समय बाद सब्सट्रेट को बहाल कर दिया जाता है। सहसंयोजक बंधों की बहाली के कारण, यह अपने यांत्रिक गुणों को पूरी तरह से बरकरार रखता है, जिसमें एक्स्टेंसिबिलिटी भी शामिल है। डिवाइस अपने मूल आयामों के 120 प्रतिशत तक फैला सकता है। इसके अलावा, लेखकों द्वारा विकसित डिवाइस को पुनर्नवीनीकरण और पुनर्स्थापित किया जा सकता है। यदि इसे सपोर्ट पॉलीमर के अनुरूप मोनोमर्स के घोल में रखा जाता है: 3, 3'-डायमिनो-एन-मिथाइलडिप्रोपाइलामाइन और ट्रिस (2-एमिनोइथाइल) एमाइन, सपोर्ट पॉलीमर मोनोमर्स में विघटित हो जाता है, जिसे तब एकत्र किया जा सकता है और कम किया जा सकता है।
जेनरेटर सेल्फ-हीलिंग: एक जली हुई एलईडी चालकता को इंगित करती है। फ्रैक्चर के बाद, चालकता गायब हो जाती है, लेकिन सब्सट्रेट को उसकी मूल स्थिति में वापस करने के बाद, इसे बहाल किया जाता है।
लेखकों द्वारा विकसित थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर के निर्माण की तकनीक उन्हें एक दूसरे के साथ संयोजन करने की अनुमति देती है। ऐसा करने के लिए, तारों के विन्यास के अनुसार बहुलक सब्सट्रेट के साथ दो कोशिकाओं को एक दूसरे के खिलाफ दबाया जाता है, जिसके बाद संपर्क सतह को थोड़ी मात्रा में मोनोमर समाधान के साथ इलाज किया जाता है। नतीजतन, अंतराल भर जाता है और परिणामी डबल सेल पूरी तरह कार्यात्मक हो जाता है।
डबल सेल बनाना
बाहरी परिस्थितियों में उपकरण का उपयोग करते समय, लेखकों को सूर्य से जनरेटर की ठंडी परत को गर्म करने की समस्या का सामना करना पड़ा। डिवाइस की प्रभावशीलता को प्रभावित करने के लिए उनका योगदान काफी बड़ा था। इस समस्या को हल करने के लिए, भौतिकविदों ने डिवाइस की सतह को एक बहुलक फिल्म के साथ कवर किया जो कमजोर रूप से सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है और सतह की गर्मी अपव्यय में हस्तक्षेप नहीं करता है। नतीजतन, धूप के मौसम में, एक खुला डिवाइस की आउटपुट पावर में लगभग एक नैनोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर उतार-चढ़ाव होता है, और वोल्टेज - लगभग शून्य। फिल्म से ढके डिवाइस ने काफी बेहतर परिणाम दिखाए: औसत शक्ति 10 नैनोवाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर थी, वोल्टेज 40 मिलीवोल्ट प्रति वर्ग सेंटीमीटर था। छाया में गिरने पर, एक खुला डिवाइस के परिणाम कवर किए गए डिवाइस के परिणाम के बराबर थे।
वैज्ञानिकों ने न केवल प्रत्यक्ष थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करना सीखा है, जब तापमान में अंतर विद्युत क्षमता उत्पन्न करता है, बल्कि इसके विपरीत भी होता है। उदाहरण के लिए, अमेरिकी वैज्ञानिकों ने हाल ही में एक थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर विकसित किया है। जब इस पर विद्युत धारा लगाई जाती है तो यह 21 डिग्री तक ठंडा हो जाता है।
