ПОСТАВЩИКИ МАШИН
И ОБОРУДОВАНИЯ

Современные носимые гаджеты по‑прежнему критически зависят от аккумуляторов — это диктует ограничения по габаритам и сказывается на удобстве эксплуатации. Однако группа учёных из инженерного колледжа Сеульского национального университета предложила принципиально иной подход: извлекать энергию напрямую из тепла человеческого тела с помощью ультратонкого гибкого устройства, сохраняющего полностью плоскую форму.

Во главе исследовательской группы стоял профессор Чонхун Квак. Специалисты сосредоточились на преодолении ключевого препятствия, тормозившего прогресс в области термоэлектрических носимых решений. Их разработка меняет принцип передачи тепла через материал — это даёт возможность генерировать электричество без увеличения толщины изделия и без ущерба для комфорта пользователя.

Новый генератор преобразует тепло тела в электроэнергию, оставаясь при этом тонким, гибким и абсолютно плоским. Ключевое достижение заключается не в наращивании объёма, а в управлении распространением тепла внутри материала. Благодаря этому решению носимые устройства с автономным питанием могут стать значительно практичнее — от медицинских датчиков до «умных» текстильных изделий.

Почему прежние подходы не работали

Принцип работы термоэлектрических генераторов основан на использовании разницы температур. В массивных системах поддерживать такой температурный контраст относительно просто. Но в тонких носимых устройствах он быстро исчезает: тепло беспрепятственно проходит сквозь материал и рассеивается в окружающей среде, из‑за чего выработка энергии резко снижается.

Ранее инженеры пытались решить проблему за счёт придания устройствам изогнутой формы или создания объёмных структур. Однако такие решения неизбежно увеличивали толщину изделия и ухудшали удобство ношения — то есть нивелировали главные преимущества носимой электроники.

Команда профессора Квака выбрала иную стратегию: вместо изменения геометрии они переосмыслили сам тепловой поток.

Инновационная подложка с двойной теплопроводностью

Учёные разработали особую подложку с дифференцированной теплопроводностью. В эластичную силиконовую основу в определённых зонах внедрили наночастицы меди. Это позволило сформировать в едином слое участки с различными тепловыми характеристиками:

• тепло теперь распространяется горизонтально — по зонам с высокой теплопроводностью;
• вертикальный отток тепла существенно снижается;
• термоэлектрические материалы, размещённые между этими зонами, сохраняют разный температурный уровень по всей поверхности.

Благодаря такому распределению температур удаётся вырабатывать энергию даже в предельно тонкой плоской плёнке.

Профессор Чонхун Квак так комментирует результаты работы:

«В нашем исследовании мы преодолели ограничения традиционных плоских термоэлектрических генераторов за счёт нового структурного решения, позволяющего точно управлять тепловым потоком. Суть достижения в том, что мы создали платформу, способную формировать температурный градиент при сохранении полностью плоской конфигурации».

Технологические преимущества

Производство устройства основано на методе печати чернилами — это обеспечивает:

• гибкость настройки параметров;
• масштабируемость процесса;
• возможность адаптировать размер и расположение функциональных элементов под конкретные задачи.

При этом конструкция сохраняет стабильность: она не деформируется и не меняет структуру в ходе эксплуатации, что особенно важно для повседневного ношения.

Разработчики назвали свою систему «псевдопоперечным термоэлектрическим генератором» — такое обозначение подчёркивает новый способ имитации поперечного теплового потока.

Доктор Джухён Пак, соавтор исследования, продолжает научную работу в Лёвенском католическом университете. Доктор Сон Хон Ким, преподаватель Сеульского университета, специализируется на мягких электронных наноматериалах.

По словам профессора Квака, технология обладает значительным потенциалом для применения в качестве источника питания широкого спектра носимых датчиков и электронных устройств — как прикрепляемых к коже, так и интегрируемых в одежду.

Исследование выполнено при поддержке Национального исследовательского фонда Кореи и ряда академических программ.