Команда исследователей, работающая в Ульсанском национальном институте науки и технологий, создала новый тип чернил, который можно использовать для печати крошечных 3D-генераторов. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Electronics , группа описывает разработку своих новых чернил.
Термоэлектрические устройства могут генерировать электричество, используя тепло, перемещающееся внутри материала от более теплой части к более холодной. Ученые искали способы создания термоэлектрических устройств для питания таких вещей, как беспроводные датчики. Теоретически они могут работать, используя естественные быстрые изменения температуры, например, когда утренний свет внезапно начинает светить на прохладную темную поверхность.
Прямое трехмерное написание чернил TE. a, Схема прямого написания рукописного ввода для архитектур 3D TE. б, График диаметров трехмерных нитей в зависимости от давления дозирования при различных внутренних диаметрах сопел. c, d, фотографии, показывающие 3D-волокна с различным диаметром (c) и соотношением сторон (d). Шкала 2 мм. e, максимальное соотношение сторон (длина (L) / диаметр (D)) записанных волокон TE по отношению к диаметрам. е — ОМ-изображения TE волокон диаметром 180, 240, 340, 420, 560 и 620 мкм. Шкала 200 мкм. g, изображения устройств с зарядовой связью (CCD) и иллюстрированные предварительные модели архитектур арочного типа, состоящих из соединительных ветвей TE p- и n-типа. Масштабные линейки 500 мкм. h, i, проиллюстрированная модель (h) и фотография (i) трехмерной решетки, построенной путем послойного осаждения волокон TE. Шкала шкалы 10 мм. j, k, ОМ-изображения напечатанной (j) и спеченной (k) трехмерной решетки. Масштабные линейки 500 мкм. l, m, СЭМ-изображения трехмерной решетки с малым (l) и большим (m) увеличением. Масштабные линейки 500 мкм. Кредит:Nature Electronics (2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00622-9
Как отмечают исследователи, микротермоэлектрические устройства являются средством сбора электроэнергии из тепловых систем; Однако сделать их коммерчески жизнеспособными было проблематично. Они предполагают, что существующие методы были дорогостоящими, и большинство из них были в форме двумерных пленок, что ограничивает типы возможных применений. В этой новой работе исследователи стремились найти способ создания генераторов с помощью 3D-печати.
Исследователи признали, что для печати крошечных генераторов потребовалась разработка чернил нового типа. Они начали с изучения свойств существующих красок, в частности, изучая их коллоидную реологию, что включало изучение корреляции между размером и распределением заряженных частиц. Они обнаружили, что более мелкие частицы и те, которые собираются в узкие распределительные каналы, создают более высокую вязкость. Они также обнаружили, что контроль поверхностного окисления термоэлектрических частиц снижает так называемый экранный эффект из-за добавок. Конечным результатом было улучшение реологических свойств.
Используя эти знания, исследователи создали тип чернил, которые можно использовать для печати крошечных столбцов (1,4 мм в высоту и менее 0,5 мм в диаметре) на кремниевом чипе. Затем они использовали свою технику для печати нескольких столбцов на чипе и обнаружили, что его можно использовать в качестве термоэлектрического устройства, нагревая только одну его сторону и охлаждая другую. Они обнаружили , что устройство имело плотность мощности от 479,0 мкВт см2 — чего хватит для крошечного беспроводного датчика.
Дополнительная информация: Фредрик Ким и др., Прямое рукописное написание трехмерных термоэлектрических микроархитектур, Nature Electronics (2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00622-9
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК