Une nouvelle encre d’impression 3D utilisée pour créer de minuscules thermo-générateurs

Une nouvelle encre d'impression 3D utilisée pour créer de minuscules thermo-générateurs

Écriture 3D directe des encres TE. a, Schéma de l’écriture directe à l’encre pour les architectures 3D TE. b, Tracé des diamètres des filaments 3D en fonction de la pression de distribution avec différents diamètres intérieurs de buses. c,d, photographies montrant des filaments 3D avec différents diamètres (c) et rapports d’aspect (d). Barres d’échelle, 2 mm. e, Rapport d’aspect maximal (longueur (L)/diamètre (D)) des filaments TE écrits par rapport aux diamètres. f, images OM de filaments TE de diamètres 180, 240, 340, 420, 560 et 620 µm. Barres d’échelle, 200 m. g, images de dispositifs à couplage de charge (CCD) et prémodèles illustrés d’architectures de type arc constituées de branches TE jonctionnelles de type p et n. Barres d’échelle, 500 m. h,i, Modèle illustré (h) et photographie (i) d’un réseau 3D construit par le dépôt couche par couche de filaments TE. Barres d’échelle, 10 mm. j,k, images OM du réseau 3D tel que imprimé (j) et fritté (k). Barres d’échelle, 500 m. l,m, images SEM à faible grossissement (l) et à fort grossissement (m) du réseau 3D. Barres d’échelle, 500 m. Crédit: Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00622-9

Une équipe de chercheurs travaillant à l’Institut national des sciences et de la technologie d’Ulsan a créé un nouveau type d’encre qui peut être utilisé pour imprimer de minuscules générateurs 3D. Dans leur article publié dans la revue Nature Électronique, le groupe décrit le développement de leur nouvelle encre.

Les dispositifs thermoélectriques sont capables de générer de l’électricité en tirant parti de la chaleur se déplaçant dans un matériau d’une partie plus chaude à une partie plus froide. Les scientifiques ont cherché des moyens de créer des dispositifs thermoélectriques pour alimenter des éléments tels que des capteurs sans fil. En théorie, ils pourraient être alimentés en tirant parti des changements naturels rapides de température, comme lorsque la lumière du matin commence soudainement à briller sur une surface froide et sombre.

Comme le notent les chercheurs, les dispositifs micro-thermoélectriques sont un moyen de récupérer l’électricité des systèmes thermiques ; les rendre commercialement viables, cependant, a été problématique. Les techniques existantes, suggèrent-ils, ont été coûteuses, et la plupart ont été sous la forme de films bidimensionnels, ce qui limite les types d’applications possibles. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont cherché à trouver un moyen de créer des générateurs en utilisant l’impression 3D.

Les chercheurs ont reconnu que l’impression de minuscules générateurs nécessitait le développement d’un nouveau type d’encre. Ils ont commencé par étudier les propriétés des encres existantes, en s’intéressant plus particulièrement à leur rhéologie colloïdale, ce qui impliquait d’étudier les corrélations entre la taille et la distribution des particules de charge. Ils ont découvert que les particules plus petites et celles qui s’entassaient dans des canaux de distribution étroits produisaient une viscosité plus élevée. Ils ont également découvert que le contrôle de l’oxydation de surface des particules thermoélectriques réduisait ce que l’on appelle l’effet d’écran dû aux additifs. Le résultat net a été l’amélioration des propriétés rhéologiques.

En utilisant ces connaissances, les chercheurs ont créé un type d’encre qui pourrait être utilisé pour imprimer de minuscules colonnes (1,4 mm de hauteur et moins de 0,5 mm de diamètre) sur une puce de silicium. Ils ont ensuite utilisé leur technique pour imprimer plusieurs colonnes sur une puce et ont découvert qu’elle pouvait ensuite être utilisée comme dispositif thermoélectrique en chauffant un seul côté tout en refroidissant l’autre. Ils ont découvert que l’appareil avait une densité de puissance de 479,0 W cm–2– assez pour alimenter un petit capteur sans fil.


Récupération d’énergie : générateurs thermoélectriques imprimés pour la production d’électricité


Plus d’information:
Fredrick Kim et al, Écriture directe à l’encre de microarchitectures thermoélectriques tridimensionnelles, Nature Électronique (2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00622-9

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Citation: Nouvelle encre d’impression 3D utilisée pour créer de minuscules thermo-générateurs (2021, 23 août) récupérée le 23 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-3d-printing-ink-tiny-thermo-generators. html

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