ไฮโดรเจลเทอร์โมกัลวานิกชนิดใหม่สามารถทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เย็นลงได้พร้อมๆ กัน และแปลงความร้อนเหลือทิ้งที่ผลิตเป็นไฟฟ้า วัสดุที่พัฒนาโดยทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยหวู่ฮั่นในประเทศจีนและมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิส (UCLA) ในสหรัฐอเมริกา ลดอุณหภูมิของแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือลง 20 °C และดึงกระแสไฟฟ้า 5 μW ที่อัตราการคายประจุอย่างรวดเร็ว
อุณหภูมิในการทำงานที่ลดลงนี้ทำให้มั่นใจได้ว่า
แบตเตอรี่จะทำงานได้อย่างปลอดภัย ในขณะที่ปริมาณไฟฟ้าที่เก็บเกี่ยวก็เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับระบบทำความเย็นของไฮโดรเจล อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก รวมถึงเซลล์แสงอาทิตย์และไดโอดเปล่งแสง ตลอดจนแบตเตอรี่โทรศัพท์ ทำให้เกิดความร้อนจำนวนมากในระหว่างการทำงานปกติ ความร้อนนี้ไม่เพียงแต่สูญเสียไปเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่ ซึ่งลดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ในบางกรณี ความร้อนที่มากเกินไปอาจทำให้อุปกรณ์ระเบิดหรือลุกไหม้ได้
วิธีดั้งเดิมในการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ เช่น โมดูลเทอร์โมอิเล็กทริก เกี่ยวข้องกับการเพิ่มความต้านทานความร้อนเป็นพิเศษ น่าเสียดายที่ความต้านทานเพิ่มเติมนี้ป้องกันไม่ให้ความร้อนกระจาย และทำให้อุณหภูมิของส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพิ่มขึ้น การกำจัดความร้อนมักจะสิ้นเปลืองพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากต้องการอุปกรณ์เพิ่มเติม เช่น พัดลมหรือปั๊ม ความขัดแย้งที่เห็นได้ชัดนี้หมายความว่าในขณะที่นักวิจัยประสบความสำเร็จในการกู้คืนความร้อนเหลือทิ้งจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก่อนหน้านี้ และในการขจัดความร้อนออกจากอุปกรณ์อย่างมีประสิทธิภาพ พวกเขาไม่เคยทำได้สำเร็จทั้งสองอย่างพร้อมกัน
แยกวงจรอุณหพลศาสตร์
เซลล์เทอร์โมกัลวานิกซึ่งประกอบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่ล้อมรอบด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อยสองขั้ว แสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาในการประนีประนอมกับงานที่แข่งขันกันในการขจัดความร้อนและแปลงเป็นไฟฟ้า ในเซลล์ดังกล่าว ปฏิกิริยาการถ่ายเทอิเล็กตรอน (รีดอกซ์) จะแปลงพลังงานความร้อนเป็นไฟฟ้า เนื่องจากตัวทำละลายในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์มีอยู่เพื่อรองรับการขนส่งไอออนและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเท่านั้น จึงสามารถผ่านวงจรอุณหพลศาสตร์ที่แยกจากกันโดยไม่ส่งผลต่อกระบวนการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า ดังนั้น โมเลกุลของน้ำในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นน้ำสามารถปล่อยให้ระเหยและควบแน่น ทำให้เกิดวงจรการดูดซับความร้อนและปล่อยซึ่งจะทำให้เซลล์เย็นลงแม้ว่ากระบวนการแปลงไฟฟ้าจากความร้อนจะดำเนินต่อไป
ทีมงานที่นำโดยคังหลิวแห่งมหาวิทยาลัยหวู่ฮั่นและจุนเฉิน จาก ภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพของ UCLA ได้พัฒนาฟิล์มไฮโดรเจลเพื่อทำงานนี้ให้สำเร็จ ไฮโดรเจลมีพื้นฐานอยู่บนเฟรมเวิร์กพอลิอะคริลาไมด์ที่ผสมกับโพแทสเซียม ลิเธียม และโบรมีนไอออน รวมทั้งเฟอร์ริยาไนด์ไอออน Fe(CN) 6 3−และ Fe(CN ) 6 4−
แรงเฉือนช่วยสร้างไฮโดรเจลที่ยืดหยุ่นได้
เมื่อถูกความร้อน ไอออนของเฟอร์ริไซยาไนด์จะถ่ายเทอิเลคตรอนระหว่างอิเล็กโทรดของเซลล์ ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน น้ำที่กักอยู่ในไฮโดรเจลจะระเหยได้อย่างอิสระ ซึ่งจะขจัดความร้อนจำนวนมากโดยไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้า ลิเธียมที่เป็นบวกและไอออนลบโบรมีนทำหน้าที่ควบคุมสมดุลความชื้นของระบบ อำนวยความสะดวกในการดูดซับน้ำจากอากาศโดยรอบและทำให้ไฮโดรเจล “สร้างใหม่”
การระบายความร้อนด้วยแบตเตอรี่เพื่อแสดงให้เห็นว่าฟิล์มไฮโดรเจลใหม่ของพวกเขาสามารถทำให้อุปกรณ์ในโลกแห่งความเป็นจริงเย็นลงได้ นักวิจัยได้แนบมันเข้ากับแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือในระหว่างการคายประจุอย่างรวดเร็วที่ 2.2 C (โดยที่ C คือการวัดอัตราการคายประจุของแบตเตอรี่เมื่อเทียบกับความจุสูงสุด ). พวกเขาพบว่าความร้อนทิ้งบางส่วนถูกแปลงเป็นไฟฟ้า 5 μW และอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลดลง 20 °C
นักวิจัยพบว่าฟิล์มของพวกเขาซึ่งวัดได้ประมาณ 12 x 30 x 3.6 มม. มีความทนทาน และมีความแข็งแรงเชิงกล 0.24 MPa พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าสามารถยืดได้ถึง 2-3 เท่าของความยาวเดิมโดยไม่มีความเสียหายใดๆ รายละเอียดทั้งหมดของเทอร์โมกัลวานิกไฮโดรเจลใหม่มีรายงานไว้ในNano Letters
XCT เป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพครั้งแรกที่สร้างภาพ 3 มิติแบบไม่ทำลายล้าง ช่วยให้นักวิจัยเข้าใจว่ายาสูดพ่นชนิดผงแห้งมีพฤติกรรมอย่างไรในระหว่างการผลิต และวิธีที่พวกมันพ่นละอองเพื่อสูดดมเข้าไปในปอด
ถึงกระนั้นก็ตาม พนักงานที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดีต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงในการวิเคราะห์ภาพ XCT และอุปกรณ์ก็ยังไม่ธรรมดา เนื่องจากข้อจำกัดเหล่านี้ นักวิจัยเชื่อว่า XCT อาจถูกนำมาใช้ในห้องปฏิบัติการจำนวนหนึ่งในช่วงแรกเพื่อช่วยปรับปรุงผลลัพธ์ของเทคนิคการจำแนกลักษณะอนุภาคแบบดั้งเดิมมากขึ้น XCT ยังช่วยจำแนกลักษณะของยาที่กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา เมื่อสารออกฤทธิ์มักหายาก ตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบต่างๆ ของยารักษาโรคหอบหืด เช่น ผงและละอองลอย หรือเปรียบเทียบรูปแบบทั่วไปและชื่อแบรนด์ของยา
“ฉันไม่คิดว่างานนี้จะเปลี่ยนประเภทของยาที่เรากำหนด” Murnane กล่าว “แต่สิ่งที่จะทำคือทำให้เราเข้าใจวัสดุที่เราใช้อย่างแข็งแกร่งยิ่งขึ้น”
ขณะนี้นักวิจัยกำลังสำรวจการขยายงานที่เป็นไปได้หลายประการ: “ถ้าคุณมีแรงผลักดันในระยะทางสั้น ๆ และแรงดึงดูดในระยะทางไกล คุณจะสร้างโครงสร้างที่คล้ายโมเลกุล” Aditya Venkatramani นักศึกษาของ Lukin ผู้ซึ่งร่วมกับ Sergio CantuนักเรียนของVuletićอธิบายผู้เขียนบทความเรื่องNature Physics คนแรก ที่บรรยายผลงาน
Credit : galleryworld.net garybaughman.net genericcanadatadalafil.net globalfreeenergy.info grantstreetgallery.net
