Une équipe de chercheurs travaillant à l'Ulsan National Institute of Science and Technology a créé un nouveau type d'encre utile pour imprimer de minuscules générateurs 3D. Dans leur article publié dans la revue Nature Electronics, le groupe notamment décrit le développement de leur nouvelle encre.
Trouver des moyens de créer des dispositifs thermoélectriques
Les dispositifs thermoélectriques sont capables de générer de l'électricité en tirant parti du déplacement de la chaleur dans un matériau, d'une partie plus chaude vers une partie plus froide. Les scientifiques ont cherché des moyens de créer des dispositifs thermoélectriques pour alimenter des objets comme des capteurs sans fil. En théorie, ces dispositifs pourraient être alimentés en tirant parti des changements rapides et naturels de température. Un peu comme lorsque la lumière du matin se met soudainement à briller sur une surface sombre et froide.
Comme le notent les chercheurs, les dispositifs micro-thermoélectriques sont un moyen de récolter de l'électricité à partir de systèmes thermiques. Ils peuvent aussi les rendre commercialement viables. Les techniques existantes, suggèrent-ils, sont coûteuses et la plupart se présentent 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.
La nécessité d'un nouveau type d'encre d'impression 3D
Les chercheurs ont reconnu que l'impression de minuscules générateurs nécessitait le développement d'un nouveau type d'encre d'impression 3D. Ils ont commencé par étudier les propriétés des encres existantes, en s'intéressant plus particulièrement à leur rhéologie colloïdale. Ce qui implique 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 se regroupent dans des canaux de distribution étroits produisent une viscosité plus élevée. Ils ont également constaté que le contrôle de l'oxydation de la surface des particules thermoélectriques réduisait ce que l'on appelle l'effet d'écran dû aux additifs. Le résultat net est une amélioration des propriétés rhéologiques.
Grâce à ces connaissances, les chercheurs ont créé un type d'encre utile 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. Les chercheurs ont aussi découvert qu'elle pouvait être utilisée comme un dispositif thermoélectrique en chauffant un seul côté de la puce et en refroidissant l'autre. Ils ont constaté que le dispositif avait une densité de puissance de 479,0 μW cm-2. Une puissance assez suffisante pour alimenter un minuscule capteur sans fil.
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