Atomové inženýrství prázdných míst (vacancy engineering) je pokročilá technika, při níž vědci cíleně manipulují s prázdnými místy v krystalové mřížce materiálu. Jinými slovy: upravují, kde v materiálu budou „chybět“ atomy.

Tento zdánlivě drobný zásah dramaticky ovlivňuje elektrické, mechanické i tepelné vlastnosti materiálu. Správně navržené atomové mezery mohou zvýšit schopnost materiálu vést elektřinu, snížit jeho tepelnou vodivost a zároveň mu dodat potřebnou pružnost.

Jak vznikl nový flexibilní polovodič?

Vědci z QUT, vedení prvním autorem Nanhai Lim a profesorem Zhi-Gang Chenem, se zaměřili na sloučeninu složenou ze stříbra, mědi, teluru, selenu a síry – označovanou jako AgCu(Te, Se, S).
Pomocí jednoduchého, ale precizně řízeného tavicího procesu vytvořili polovodič s optimalizovaným rozložením atomových prázdných míst. Tento postup nejenže vylepšil schopnost materiálu přeměňovat teplo na elektřinu, ale také zajistil jeho vysokou mechanickou ohebnost.

Zdroj: Shutterstock

Výsledný materiál lze tvarovat podle potřeby, což je klíčové pro využití v reálném světě – například u nositelných elektronických zařízení, která musí vydržet ohýbání a pohyb spolu s tělem.

První praktické aplikace: teplo z těla jako zdroj energie

Aby tým ukázal, jak by mohl být nový materiál využit, vyrobil několik mikroflexibilních zařízení, která lze snadno připevnit na lidskou paži. Tato zařízení umí sbírat teplo vznikající přirozenou činností těla a přeměňovat jej na elektrickou energii.
Tento koncept je nesmírně atraktivní zejména pro oblast nositelné elektroniky, kde je potřeba najít nové, lehké a spolehlivé zdroje napájení bez nutnosti baterií.

Při fyzické aktivitě, kdy tělo produkuje více tepla, se zvyšuje teplotní rozdíl mezi kůží a okolím – a tím roste i výkon těchto zařízení.

Význam pro budoucnost nositelné elektroniky

Podle profesora Chena poptávka po flexibilních termoelektrických zařízeních rychle roste. Moderní chytrá zařízení, od zdravotnických senzorů po chytré textilie, budou v budoucnu stále více spoléhat na vlastní zdroje energie.
Současné technologie se však potýkají s limity: organické materiály sice nabízejí pružnost, ale mají slabý výkon. Naopak anorganické materiály s vyšší účinností bývají křehké a náchylné k prasknutí.

AgCu(Te, Se, S) nabízí výjimečný kompromis: vysoký výkon s překvapivou pružností. Vědci navíc otevřeli dveře k dalšímu výzkumu fyzikálních a chemických procesů, které umožňují ladění těchto vlastností.