پژوهشگران کره‌ای موفق به توسعه‌ی ماده‌ای ترموالکتریک با ساختار اسفنجی از نانولوله کربنی شده‌اند که نه‌تنها عملکرد گرما‌الکتریکی آن به‌طور چشمگیری افزایش یافته، بلکه قابلیت قالب‌گیری آسان در اشکال پیچیده و تأمین انرژی موردنیاز حسگرهای پوشیدنی را نیز دارد.
کاهش زمان تولید از سه روز به چهار ساعت؛ جهشی صنعتی در ساخت نانوژنراتورهای ترموالکتریک
تیمی از پژوهشگران «مؤسسه تحقیقات شیمیایی کره» (Korea Research Institute of Chemical Technology – KRICT) به سرپرستی دکتر «می‌جونگ هان» و دکتر «یونگ هون کانگ»، ژنراتور ترموالکتریکی (TEG) نوینی را توسعه داده‌اند که با بهره‌گیری از ساختار اسفنجی نانولوله کربنی (CNT) ساخته شده و بر محدودیت‌های مواد ترموالکتریک آلی غلبه کرده است. این فناوری جدید، ضمن حفظ انعطاف‌پذیری مکانیکی، قابلیت بالایی در برداشت انرژی حرارتی و تأمین برق برای دستگاه‌های کوچک از جمله حسگرهای پوشیدنی دارد.
برخلاف مواد ترموالکتریک سنتی که عمدتاً از فلزات سخت ساخته می‌شوند، استفاده از نانولوله‌های کربنی باعث کاهش وزن و افزایش انعطاف‌پذیری سازه می‌شود. با این حال، تلاش‌های پیشین برای بهره‌گیری از CNT در ساخت ژنراتورهای ترموالکتریک به دلیل عملکرد ضعیف و دوام پایین، چندان موفق نبود. پژوهشگران KRICT برای رفع این مشکل، فرآیند ساخت اختصاصی‌ای را طراحی کرده‌اند که نانولوله‌های کربنی را به جای فیلم‌های نازک، به ساختارهای فومی حجیم تبدیل می‌کند.
در این روش، پودر ترکیب شده با مواد ترموالکتریک در قالب‌های خاص ریخته شده و با فرآیند تبخیر سریع حلال در دمای محیط و حرارت‌دهی نهایی، ساختاری اسفنجی و متخلخل ایجاد می‌شود. همچنین ذرات ماده‌ی ترموالکتریک بیسموت آنتیمون تلورید (Bi₀.₄₅Sb₁.₅₅Te₃ – BST) به صورت یکنواخت در منافذ فوم توزیع می‌شوند که این امر باعث بهبود پایداری مکانیکی و افزایش چشمگیر عملکرد ترموالکتریک ماده می‌شود.
نتیجه‌ی این فناوری، دستیابی به ضریب شایستگی ترموالکتریک (zT) برابر با ۰.۰۰۷۸ است که ۵.۷ برابر بیشتر از فوم‌های CNT بدون افزودنی BST است. در آزمایش‌های انجام شده روی لوله‌ی شیشه‌ای با اختلاف دمای ۲۱.۸ درجه‌ی کلوین، این ژنراتور موفق به تولید توان ۱۵.۷ میکرووات شد؛ مقداری که برای راه‌اندازی حسگرهای پوشیدنی کافی است.
افزون بر این، دوام مکانیکی این ژنراتور نیز در آزمون‌های خم کردن در ۱۰ هزار چرخه تأیید شده و کاهش چشمگیری در عملکرد مشاهده نشده است. نکته‌ی مهم دیگر، کاهش زمان تولید این فوم‌ها به تنها ۴ ساعت است؛ در حالی که روش‌های سنتی تولید TEG مبتنی بر CNT بیش از سه روز زمان نیاز دارند. این ویژگی، توانمندی بالای این فناوری برای تولید انبوه را نشان می‌دهد.
تیم تحقیقاتی KRICT در نظر دارد با بهره‌گیری از روش‌های دوپینگ، بهره‌وری ترموالکتریکی این ماده را بیش از پیش افزایش دهد و هدف‌گذاری کرده‌اند که تا سال ۲۰۳۰ این فناوری را به مرحله‌ی تجاری‌سازی برسانند. از جمله کاربردهای آتی این فناوری می‌توان به استفاده در سامانه‌های مدیریت حرارتی باتری‌ها، مراکز داده‌ی هوش مصنوعی و دستگاه‌های الکترونیکی خودکار و پوشیدنی اشاره کرد. دکتر هان و دکتر کانگ در این‌باره اعلام کرده‌اند: «این مطالعه گامی مهم در توسعه‌ی دستگاه‌های خودتأمین و انعطاف‌پذیر محسوب می‌شود. قابلیت شکل‌پذیری بالا و دوام این مواد، افق‌های تازه‌ای را در زمینه‌ی برداشت انرژی باز می‌کند.»
گفتنی است مقاله‌ی این تیم تحقیقاتی در شماره‌ی ژانویه‌ی ۲۰۲۵ مجله‌ی معتبر Carbon Energy (با ضریب تأثیر ۱۹.۵) منتشر شده و بر روی پشت جلد این نشریه قرار گرفته است. دکتر «میونگ هون جونگ» و «اون جین بِی» نیز به‌عنوان نویسندگان اول در تهیه‌ی این مقاله مشارکت داشته‌اند.
