192
نجح باحثون في كسر أحد القيود الأساسية في الأداء من خلال تصميم مادة حرارية كهربائية ذات بنية إسفنجية تحبس الحرارة وتسمح في الوقت نفسه بمرور الكهرباء، ما يمهد الطريق أمام إلكترونيات يمكنها العمل ذاتيًا دون الحاجة إلى بطاريات تقليدية.
يُفقد أكثر من 60٪ من الطاقة عالميًا على شكل حرارة مهدورة. وللاستفادة من هذه الطاقة الضائعة، طوّر فريق بحثي من معهد الكيمياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم مادة مرنة للغاية قادرة على تحويل الحرارة مباشرة إلى كهرباء من دون إنتاج أي تلوث. وقد نُشرت تفاصيل هذا الابتكار في مجلة Science، حيث يقدّم البوليمر الحراري الكهربائي الجديد ذو البنية المسامية الهرمية غير المنتظمة حلاً لتوفير طاقة مستمرة للأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات الذكية، وذلك عبر استغلال فروق درجات الحرارة في البيئة المحيطة، مثل حرارة جسم الإنسان.
ولكي تعمل هذه المواد بكفاءة، يجب أن تكون قادرة على توصيل الكهرباء بشكل جيد مع منع تسرب الحرارة في الوقت نفسه. تقليديًا، تواجه المواد البلاستيكية المرنة صعوبة في تحقيق هذا التوازن. غير أن الباحثين تمكنوا من حل هذه المشكلة عبر مزج البوليمر مع مادة فصل خاصة، ثم إزالة هذه المادة لاحقًا لخلق شبكة من الفراغات العشوائية المجهرية والنانوية. هذه البنية الإسفنجية تعمل على إعاقة الاهتزازات المجهرية التي تنقل الحرارة عادة عبر المواد الصلبة، ما يؤدي إلى تقليل فقدان الحرارة بنسبة تصل إلى 72٪.
وفي الوقت نفسه، تؤدي المساحات الضيقة داخل البنية المسامية إلى دفع جزيئات البوليمر للتراص بشكل أكثر إحكامًا وانتظامًا مقارنة بالحالة المعتادة. ويساعد هذا الترتيب البنيوي المحسن على تشكيل قنوات أكثر كفاءة لانتقال الشحنات الكهربائية، ما يرفع من قدرة الحركة الكهربائية بنسبة لا تقل عن 25٪.
ومن خلال النجاح في فصل مسار تدفق الحرارة عن مسار تدفق الكهرباء، تمكن الفيلم البوليمري المحسن من تحقيق مستوى قياسي في الكفاءة يُعرف باسم معامل الأداء الحراري الكهربائي، حيث بلغ 1.64 عند درجة حرارة تقارب 70 درجة مئوية. ويُعد هذا الرقم معيارًا جديدًا يتجاوز الرقم القياسي السابق للبوليمرات البالغ 1.28، بل ويتفوق حتى على بعض المواد غير العضوية المرنة.
وعلى عكس المواد التقليدية عالية الأداء التي تتطلب عمليات تصنيع معقدة، يؤكد الباحثون أن الفيلم الجديد يمكن إنتاجه على نطاق واسع وبتكلفة منخفضة باستخدام تقنيات بسيطة تشبه إلى حد كبير أسلوب طباعة الصحف.
