Nova tinta de impressão 3D usada para criar pequenos geradores térmicos

Escrita 3D direta de tintas TE. a, Esquema da escrita direta a tinta para arquiteturas 3D TE. b, Gráfico dos diâmetros dos filamentos 3D versus a pressão de distribuição com diferentes diâmetros internos de bocais. c, d, Fotografias mostrando filamentos 3D com diâmetros (c) e relações de aspecto (d) diferentes. Barras de escala, 2 mm. e, Razão de aspecto máxima (comprimento (L) / diâmetro (D)) dos filamentos TE escritos em relação aos diâmetros. f, imagens de OM de filamentos de TE com diâmetros de 180, 240, 340, 420, 560 e 620 μm. Barras de escala, 200 μm. g, imagens de dispositivo acoplado por carga (CCD) e pré-modelos ilustrados de arquiteturas do tipo arco que consistem em pernas TE juncionais do tipo p e n. Barras de escala, 500 μm. h, i, modelo ilustrado (h) e fotografia (i) de uma rede 3D construída pela deposição camada por camada de filamentos de TE. Barras de escala, 10 mm. imagens j, k, OM da rede 3D impressa (j) e sinterizada (k). Barras de escala, 500 μm. l, m, Imagens SEM de baixa ampliação (l) e alta ampliação (m) da rede 3D. Barras de escala, 500 μm. Crédito: Nature Electronics (2021). DOI: 10.1038 / s41928-021-00622-9

Uma equipe de pesquisadores que trabalha no Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan criou um novo tipo de tinta que pode ser usada para imprimir pequenos geradores 3D. Em seu artigo publicado na revista Nature Electronics, o grupo descreve o desenvolvimento de sua nova tinta.

Dispositivos termoelétricos são capazes de gerar eletricidade tirando vantagem do calor que se move dentro de um material de uma parte mais quente para uma parte mais fria. Os cientistas estão procurando maneiras de criar dispositivos termoelétricos para alimentar coisas como sensores sem fio. Em teoria, eles poderiam ser alimentados tirando proveito das rápidas mudanças naturais de temperatura, como quando a luz da manhã de repente começa a brilhar em uma superfície fria e escura.

Como observam os pesquisadores, os dispositivos micro-termoelétricos são um meio de colher eletricidade de sistemas térmicos; torná-los comercialmente viáveis, no entanto, tem sido problemático. As técnicas existentes, eles sugerem, são caras, e a maioria tem a forma de filmes bidimensionais, o que limita os tipos de aplicações possíveis. Nesse novo esforço, os pesquisadores buscaram encontrar uma maneira de criar geradores usando impressão 3D.

A impressão de geradores minúsculos, reconheceram os pesquisadores, exigia o desenvolvimento de um novo tipo de tinta. Eles começaram estudando as propriedades das tintas existentes, olhando especificamente para sua reologia coloidal, que envolvia o estudo de correlações entre o tamanho e a distribuição das partículas de carga. Eles descobriram que partículas menores e aquelas que se agrupavam em canais de distribuição estreitos produziam maior viscosidade. Eles também descobriram que o controle da oxidação superficial de partículas termoelétricas reduziu o que é conhecido como efeito de tela devido aos aditivos. O resultado líquido foi o aumento das propriedades reológicas.

Usando esse conhecimento, os pesquisadores criaram um tipo de tinta que poderia ser usada para imprimir colunas minúsculas (1,4 mms de altura e menos de 0,5 mms de diâmetro) no topo de um chip de silício. Eles então usaram sua técnica para imprimir várias colunas em um chip e descobriram que ele poderia ser usado como um dispositivo termoelétrico, aquecendo apenas um lado dele enquanto resfriava o outro. Eles descobriram que o dispositivo tinha densidade de potência de 479,0 μW cm-2 – o suficiente para alimentar um minúsculo sensor sem fio.

Publicado em 25/08/2021 14h55

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