Nhóm nghiên cứu của Đại học Bắc Kinh giới thiệu loại cao su đầu tiên trên thế giới, có thể chuyển đổi nhiệt cơ thể thành điện. Nếu hiệu suất của vật liệu được cải thiện hơn nữa, đột phá này có thể cho phép các thiết bị đeo như đồng hồ thông minh, tự động sạc mà không cần pin cồng kềnh hay sạc thường xuyên. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc phát triển vật liệu tiên tiến mới được gọi là “chất đàn hồi nhiệt điện”. Vật liệu này kết hợp tính đàn hồi với khả năng chuyển đổi nhiệt điện hiệu quả, sự kết hợp chưa từng thấy trước đây. Cho đến nay, tất cả vật liệu nhiệt điện hiệu suất cao được báo cáo, chỉ đạt được tính linh hoạt, chứ không phải tính đàn hồi.

Sự đổi mới này dựa trên nguyên lý nhiệt điện, trong đó sự chênh lệch nhiệt độ giữa vùng ấm và vùng lạnh tạo ra điện năng. Động cơ hơi nước Watt từng biến nhiệt nước sôi thành chuyển động. Giờ đây, các nhà khoa học đang cố gắng khai thác sự chênh lệch nhỏ hơn giữa cơ thể người và không khí xung quanh.

Nhiệt độ cơ thể thường duy trì ở khoảng 37 độ C, trong khi nhiệt độ không khí xung quanh thường dao động từ 20 - 30 độ C. Nhóm nghiên cứu Trung Quốc tận dụng sự chênh lệch nhiệt độ giữa vùng ấm của cơ thể người và vùng không khí tương đối mát hơn bên ngoài để sản xuất điện bằng vật liệu mới.

Vật liệu nhiệt điện không phải là vật liệu mới. Các tàu thăm dò vũ trụ từ lâu dựa vào đồng vị phóng xạ để tạo ra năng lượng ở những nơi không có năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, các vật liệu nhiệt điện hiện có đều quá cứng hoặc mất hiệu suất khi bị kéo giãn, khiến chúng khó sử dụng làm dây đeo hoặc các ứng dụng tương tự.

Nhóm nghiên cứu phát triển một loại polymer bán dẫn pha trộn với cao su đàn hồi để tạo ra mạng lưới sợi nano. Cấu trúc này liên kết chéo các polymer bán dẫn với cao su đàn hồi, cho phép vật liệu dẫn điện tốt, đồng thời có độ co giãn cao như dây cao su. Nhờ độ đàn hồi tuyệt vời, ngay cả khi bị uốn cong hoặc kéo giãn, hiệu suất chuyển đổi năng lượng hầu như không giảm.

Sau khi xử lý, vật liệu này có thể kéo giãn hơn 850% chiều dài ban đầu. Khi kéo giãn đến 150%, nó có thể trở lại hơn 90% hình dạng ban đầu, tương đương cao su tự nhiên. Các chất pha tạp đặc biệt còn tăng cường hiệu suất của nó hơn nữa. Các chất pha tạp này tạo ra các đặc tính nhiệt điện ở nhiệt độ phòng, sánh ngang các vật liệu vô cơ thông thường.

Lei Ting, nhà khoa học vật liệu tại Đại học Bắc Kinh và là tác giả nghiên cứu, cho biết những thiết bị nhiệt như vậy rất thoải mái khi đeo và chuyển đổi hiệu quả năng lượng nhiệt của cơ thể thành năng lượng điện với thất thoát nhiệt ít hơn. Về mặt lý thuyết, vật liệu này sẽ tiếp tục cung cấp năng lượng vô thời hạn nếu nó không bị hư hại.

Sự tiến bộ này đánh dấu bước tiến trong việc phát triển loại polymer mới, có khả năng dẫn điện và duy trì độ dẫn điện khi chịu lực cơ học. Cho đến nay, việc đạt được độ đàn hồi trong khi vẫn duy trì độ dẫn điện được chứng minh là rất khó khăn, cho đến khi có đột phá này.