تعاني الأجهزة الإلكترونية من ارتفاع درجة حرارتها، بسبب استخدامها فترات طويلة، ما قد يؤدي إلى بطئها، أو إتلاف مكوناتها، أو حتى انفجارها واشتعال النيران في محتوياتها إذا تعلق الأمر ببطاريات الهواتف المحمولة.
وللتغلب على هذه المعضلة، طوّر باحثون في كلية الطاقة والهندسة الميكانيكية بجامعة ووهان الصينية، بالتعاون مع باحثين في قسم الهندسة الحيوية بجامعة كاليفورنيا الأمريكية، طريقة جديدة لتبريد الأجهزة الإلكترونية، والاستفادة من الحرارة، وتحويلها إلى كهرباء، وذلك وفق دراسة نشرتها دورية «نانوليترز».
ويقول «كانج ليو»، أحد أعضاء فريق البحث بجامعة ووهان، إن الأجهزة الإلكترونية أو أجهزة تحويل الطاقة، مثل الخلايا الشمسية والمعالجات الدقيقة والبطاريات، تولد كميات كبيرة من الحرارة المهدرة في أثناء تشغيلها بانتظام، ويؤدي ارتفاع الحرارة في حالة عدم تبريدها إلى تراكم السخونة المفرطة، وبالتالي تقليل كفاءة الأجهزة وموثوقيتها وأعمارها.
ويضيف أن التبريد والاستفادة من الحرارة المهدرة عملية مرغوبة للغاية، وتعزز كفاءة الأجهزة الإلكترونية وموثوقيتها، لكن في الوقت ذاته، فإن إزالة الحرارة واستعادتها هما عمليتان متضاربتان يصعب تحقيقهما في آنٍ واحد؛ إذ إن تبريد الأجهزة بكفاءة بواسطة الطرق التقليدية يستهلك الطاقة؛ فالمعدات الإضافية مثل المراوح والوحدات الكهروحرارية، عادة ما تُحدث مقاومات حرارية إضافية، قد تعوق تبديد الحرارة وتسبب درجات حرارة عالية للمكونات الأساسية.
ولمعالجة هذه المشكلة، استخدم الفريق الهيدروجيل بحيث يمكنه خفض درجة حرارة الأجهزة، إضافة إلى تحويل الحرارة المفقودة إلى كهرباء أيضًا. و«الهيدروجيل» هو عبارة عن شبكة من سلاسل البوليمر المحبة للماء، وتوجد أحياناً بصورة جل صمغي بحيث يكون الماء هو الوسط المبعثر، وتجتمع المادة الصلبة ثلاثية الأبعاد من سلاسل البوليمر المحبة للماء معاً عبر روابط متقاطعة.
ويتكون الهيدروجيل من هيكل «بولي أكريلاميد» مملوء بالماء وأيونات محددة. وعندما قاموا بتسخين الهيدروجيل، قام اثنان من الأيونات «الفريسيانيد» و«الفيروسيانيد» بنقل الإلكترونات بين الأقطاب الكهربائية، لتوليد الكهرباء. وفي الوقت نفسه، يتبخر الماء داخل الهيدروجيل ويبرد الأجهزة. وبعد الاستخدام يجدد الهيدروجيل نفسه عن طريق امتصاص الماء من الهواء المحيط.
وعن التطبيقات العملية لهذه المادة، قال «جون تشن»، الباحث المشارك في قسم جامعة كاليفورنيا، إنه يمكن توصيل قطعة الهيدروجيل بأي إلكترونيات محمولة لتبريدها، ونتيجة لذلك ستعمل الإلكترونيات بكفاءة عالية. ويمكن للهيدروجيل أن يجدد نفسه عند درجة حرارة منخفضة أيضًا. وبالتالي يمكن إعادة استخدامه.
«سيانتفيك أمريكان»