Поставив перед собой цель разработать компактный, экологически чистый источник энергии с неограниченным сроком службы, группа исследователей из Сингапура сумела создать устройство, способное производить электричество из тепла тела или любой среды, где есть хотя бы небольшой перепад температур.

Как сообщает «ИнформНаука» со ссылкой на Physorg, термоэлектрический генератор — устройство размером с монету — будучи прикрепленным к коже, создает выходную мощность в несколько микроватт, которых вполне достаточно для питания имплантированного медицинского оборудования и беспроводных датчиков.

Статья создателей устройства — Се Цзиня (Jin Xie) и Фэна Ханьхуа (Hanhua Feng), являющихся сотрудниками сингапурского Агенства по науке, технологиям и исследованиям A*STAR , а также Ли Чэнго (Chengkuo Li) из Национального университета Сингапура , была опубликована в последнем номере журнала IEEE Journal of Microelectromechanical Systems.

Генератор представляет собой чип размером 1х1 квадратный сантиметр, на котором размещено более 30000 термопар. В основе работы термопар лежит термоэлектрический эффект — если концы проводника находятся при разных температурах, между ними возникает разность потенциалов. В данном случае при разности температур в 5 градусов Кельвина устройство может генерировать напряжение 16,7 вольт и мощностью 1,3 мкВт. Ученые надеются, что в будущем, совершенствуя устройство, удастся существенно повысить его выходную мощность.

Вырабатываемую устройством энергию можно накапливать и использовать — например, для того, чтобы продлить срок жизни батареи электронных устройств, таких, как датчики давления, а также для утилизации тепла, вырабатываемого этими же устройствами во время эксплуатации. Если использовать ее для питания медицинских имплантатов типа вживленных водителей сердечного ритма, можно будет обойтись без опасных и дорогостоящих хирургических методов замены батареи.

Хотя подобные устройства на точно таких же принципах работы и с теми же целями уже создавались в прошлом, новый термогенератор выгодно отличается от них благодаря нескольким инновациям, существенно повысившим его производительность. Создатели устройства включили в его структуру внутренние вакуумные полости, микрорадиатор и еще одну, идущую по краям чипа полость — строение генератора спроектировано так, чтобы разница температур между внутренней стороной, соприкасающейся с телом, и внешней, контактирующей с более холодным воздухом, была максимальной. Чем больше эта разница, тем больше выходное напряжение.

Верхняя и нижняя вакуумные полости играют роль своего рода стенок «термоса», максимизирующих разность температур между контактами термопар. Радиатор располагается на внешней стороне устройства и отвечает за равномерное рассеяние тепла в окружающем воздухе. Наконец, идущая по краю полость выступает в роли оборонительного рва, отделяя термопары от окружающего кремния и не давая поступать избыточному теплу оттуда.

Как отмечает Се, дополнительным преимуществом нового термоэлектрического генератора является его КМОП-совместимость (с электронными схемами на транзисторах металл-оксид-полупроводник) — это означает, что его можно без труда производить на обычных заводских линиях по производству микроэлектроники. Более того, его можно встраивать в автономные КМОП-устройства и микроэлектромеханические системы с низким потреблением энергии.

Автор: Владимир Лымарев, ИнформНаука