Peneliti ISTA 3D Print Bahan Termoelektrik Berkinerja Tinggi, Berkelanjutan
Manajemen panas yang cepat dan terlokalisasi sangat penting untuk perangkat elektronik dan dapat memiliki aplikasi mulai dari bahan yang dapat dipakai hingga perlakuan membakar. Sementara yang disebut bahan termoelektrik mengubah perbedaan suhu menjadi tegangan listrik dan sebaliknya, efisiensinya sering terbatas, dan produksinya mahal dan boros. Dalam makalah baru yang diterbitkan di Sainspara peneliti dari Institute of Science and Technology Austria (ISTA) menggunakan teknik pencetakan 3D untuk membuat bahan termoelektrik berkinerja tinggi, mengurangi biaya produksi secara signifikan.
Pendingin termoelektrik, juga disebut lemari es padat, dapat menginduksi pendinginan lokal dengan menggunakan arus listrik untuk mentransfer panas dari satu sisi perangkat ke yang lain. Hidup mereka yang panjang, kebal terhadap kebocoran, ukuran dan bentuk tunabilitas, dan kurangnya bagian yang bergerak (seperti cairan yang bersirkulasi) membuat perangkat ini ideal untuk aplikasi pendingin yang beragam, seperti elektronik. Namun, memproduksinya dari ingot dikaitkan dengan biaya tinggi dan menghasilkan banyak limbah material. Selain itu, kinerja perangkat tetap terbatas.
Sekarang, tim yang dipimpin oleh Kata kerja untuk ilmu energi Dan Kepala Laboratorium Thermoelektrik Siemens Werner Maria Ibáñez, dengan penulis pertama dan postdoc Shengduo Xu di Institute of Science and Technology Austria (ISTA), mengembangkan bahan termoelektrik kinerja tinggi dari printer 3D dan menggunakannya untuk membangun pendingin termoelektrik. “Integrasi inovatif pencetakan 3D kami ke dalam fabrikasi pendingin termoelektrik sangat meningkatkan efisiensi manufaktur dan mengurangi biaya,” kata Xu. Juga, berbeda dengan upaya sebelumnya pada bahan termoelektrik pencetakan 3D, metode ini menghasilkan bahan dengan kinerja yang jauh lebih tinggi. Profesor ISTA Ibáñez menambahkan, “Dengan kinerja tingkat komersial, pekerjaan kami memiliki potensi untuk melampaui akademisi, memegang relevansi praktis dan menarik minat dari industri yang mencari aplikasi dunia nyata.”
Mendorong batas teknologi termoelektrik
Sementara semua bahan menunjukkan beberapa efek termoelektrik, seringkali terlalu dapat diabaikan untuk bermanfaat. Bahan-bahan yang menunjukkan efek termoelektrik yang cukup tinggi biasanya disebut “semikonduktor degenerasi,” yaitu, “doped” semikonduktor, di mana kotoran diperkenalkan dengan sengaja sehingga mereka berperilaku seperti konduktor. Pendingin termoelektrik yang canggih saat ini diproduksi dengan menggunakan teknik manufaktur berbasis ingot, prosedur yang mahal dan haus daya yang membutuhkan proses pemesinan yang luas setelah produksi, di mana banyak bahan terbuang sia-sia. “Dengan karya kami saat ini, kami dapat mencetak 3D dengan tepat bentuk yang dibutuhkan dari bahan termoelektrik. Selain itu, perangkat yang dihasilkan menunjukkan efek pendinginan bersih 50 derajat di udara. Ini berarti bahwa bahan cetak 3D kami berkinerja serupa dengan yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada yang ada. Secara signifikan lebih mahal untuk diproduksi, “kata Xu. Dengan demikian, tim ilmuwan material ISTA mengusulkan metode produksi yang dapat diskalakan dan hemat biaya untuk bahan termoelektrik, menghindari langkah intensif energi dan memakan waktu.
Bahan cetak dengan ikatan partikel yang dioptimalkan
Selain menerapkan teknik pencetakan 3D untuk menghasilkan bahan termoelektrik, tim merancang tinta sehingga, ketika pelarut pembawa menguap, ikatan atom yang efektif dan kuat terbentuk di antara biji -bijian, menciptakan jaringan material yang terhubung secara atom. Akibatnya, ikatan kimia antarmuka meningkatkan transfer muatan antar biji -bijian. Ini menjelaskan bagaimana tim berhasil meningkatkan kinerja termoelektrik dari bahan cetak 3D mereka sementara juga memberi cahaya baru pada sifat transportasi bahan berpori. “Kami menggunakan teknik pencetakan 3D berbasis ekstrusi dan merancang formulasi tinta untuk memastikan integritas struktur yang dicetak dan meningkatkan ikatan partikel. Ini memungkinkan kami untuk menghasilkan pendingin termoelektrik pertama dari bahan cetak dengan kinerja yang sebanding dengan perangkat berbasis ingot sambil menghemat material dan energi, “kata Ibáñez.
Aplikasi medis, pemanenan energi, dan keberlanjutan
Di luar manajemen panas yang cepat dalam elektronik dan perangkat yang dapat dipakai, pendingin termoelektrik dapat memiliki aplikasi medis, termasuk perawatan luka bakar dan menghilangkan regangan otot. Selain itu, metode formulasi tinta yang dikembangkan oleh tim ilmuwan ISTA dapat disesuaikan untuk bahan lain yang akan digunakan dalam perangkat generator termoelektrik suhu tinggi yang dapat menghasilkan tegangan listrik dari perbedaan suhu. Menurut tim, pendekatan semacam itu dapat memperluas penerapan generator termoelektrik di berbagai sistem pemanenan energi limbah.
“Kami berhasil menjalankan pendekatan siklus penuh, dari mengoptimalkan kinerja termoelektrik bahan baku hingga membuat produk akhir yang stabil dan berkinerja tinggi,” kata Ibáñez. Xu menambahkan, “Pekerjaan kami menawarkan solusi transformatif untuk produksi perangkat termoelektrik dan menandai era baru teknologi termoelektrik yang efisien dan berkelanjutan.”
Publikasi:
Topan Mabayomi, Topan Abayomi, Crisnend Maji, Magániez. Antarmuka..Sains. ADS0426
