Việc chuyển từ nhiệt năng cơ thể thành năng lượng dùng cho các thiết bị đeo không mới, nhưng bài toán về độ bền của vật liệu chuyển hóa vẫn gây khó chúng ta.
Trước đây, chúng ta đã sử dụng các ống nano carbon ở các dạng miếng dán, vải dệt hoặc in trực tiếp lên da để thu thập năng lượng.
Ống nano carbon (Carbon Nanotubes - CNTs) thu năng lượng từ thân nhiệt dựa trên hiệu ứng nhiệt điện. Phương pháp này biến sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt da người (~37°C) và môi trường xung quanh thành dòng điện xoay chiều hoặc một chiều liên tục mà không cần pin.
Mặc dù ống nano carbon vốn có độ bền cơ học siêu việt (chịu lực kéo cao hơn thép hàng chục lần) và dẫn điện tốt, nhưng khi chế tạo thành màng dẻo/sợi dẻo dùng cho nhiệt điện, chúng gặp phải những nhược điểm chí mạng.
Đầu tiên là hiện tượng vón cụ, các ống CNTs có xu hướng tự hút và dính chặt vào nhau do lực Van der Waals. Khi vón cục, diện tích tiếp xúc giảm mạnh, làm giảm khả năng truyền điện/nhiệt đồng đều và làm cho vật liệu bị giòn, dễ gãy nứt sau nhiều lần gấp/uốn dẻo.
Nghiên cứu của QUT đã phát triển thành công một chiến lược phân tử mới giúp ngăn chặn tình trạng các ống nano kết tụ lại với nhau làm giảm hiệu suất hoạt động. Qua đó, nghiên cứu đã thiết lập một cột mốc tiêu chuẩn mới cho các vật liệu có khả năng chuyển đổi trực tiếp nhiệt lượng thành điện năng.
Nghiên cứu sinh tiến sĩ Shanshan Zhou, tác giả chính của nghiên cứu cho biết, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phân tử được thiết kế đặc biệt để giữ khoảng cách giữa các ống nano mà không làm ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của chúng.
Bằng việc tiên phong kết hợp màng dẻo CNTs với các mạng lưới Hydrogel ion, thân nhiệt từ da người truyền qua lớp Gel lai CNTs này kích hoạt cả sự di chuyển của electron (trong CNTs) lẫn ion (trong Hydrogel).
Điều này giúp tạo ra một thiết bị vừa mềm mịn như da người (đảm bảo độ bền cơ học mềm dẻo tuyệt đối), vừa tạo ra điện thế cao hơn nhiều lần so với CNTs đơn lẻ (chỉ một mô hình nhỏ kích thước 10x10 mm đã tạo ra khoảng 0.46V điện thế.
Nhờ tính linh hoạt cao, phương pháp này có thể áp dụng rộng rãi để chế tạo các vật liệu thu hoạch năng lượng từ nhiệt có hiệu suất vượt trội hơn.
Theo ông Zhou, nghiên cứu đã ghi nhận hiệu suất nhiệt điện đạt mức kỷ lục, vượt qua các tiêu chuẩn mà giới khoa học trong lĩnh vực này nỗ lực hướng tới suốt nhiều năm qua.
Công nghệ này có thể hướng tới việc xóa bỏ sự phụ thuộc vào pin truyền thống đối với các thiết bị đeo trong tương lai. Các cảm biến theo dõi sức khỏe, trang phục thông minh hay thiết bị điện tử đeo tay có thể liên tục thu hoạch năng lượng từ chính thân nhiệt của người sử dụng.
