研究人員研發(fā)出超薄薄膜，可利用體溫為可穿戴設(shè)備供電

12 月 16 日消息，澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)（QUT）的研究人員近日開發(fā)出一種超薄柔性熱電薄膜，能夠利用人體熱量為可穿戴設(shè)備供電，甚至有望取代電池，同時也可能應(yīng)用于智能手機和電腦芯片的散熱。

長期以來，人們一直致力于開發(fā)能夠?qū)夭钷D(zhuǎn)化為電能的熱電設(shè)備，用于可穿戴電子產(chǎn)品。然而，制造出柔性、高效且具有商業(yè)可行性的產(chǎn)品一直面臨諸多挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)包括柔韌性不足、制造工藝復(fù)雜、成本高昂以及性能不佳等，這些都阻礙了柔性無機熱電器件在可穿戴電子產(chǎn)品和高端散熱應(yīng)用中的規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化。

QUT 的 Zhi-Gang Chen 教授及其團隊似乎已經(jīng)成功克服了這些挑戰(zhàn)，他們在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的研究成果介紹了一種經(jīng)濟高效的柔性熱電薄膜生產(chǎn)技術(shù)。其核心創(chuàng)新在于使用了微小的晶體，即“納米粘合劑”，形成了一層均勻的碲化鉍薄片，從而提高了效率和柔韌性。

據(jù)了解，該團隊的方法結(jié)合了溶劑熱合成、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)技術(shù)。溶劑熱合成在高壓高溫的溶劑中產(chǎn)生納米晶體，而絲網(wǎng)印刷則實現(xiàn)了大規(guī)模薄膜生產(chǎn)。燒結(jié)過程將薄膜加熱到接近熔點，有效地將顆粒結(jié)合在一起。

最終制成的可印刷薄膜由高度取向的 Bi?Te?基納米片晶粒和作為納米粘合劑的 Te 納米棒組成。當(dāng)組裝成柔性熱電器件時，該薄膜的功率密度在絲網(wǎng)印刷器件中名列前茅。

這項技術(shù)開啟了一系列潛在應(yīng)用?！叭嵝詿犭娖骷梢允孢m地佩戴在皮膚上，有效地將人體和周圍空氣之間的溫差轉(zhuǎn)化為電能，”Chen 教授說。

除了為可穿戴電子產(chǎn)品供電外，該薄膜還可用于個人熱管理。例如，將柔性熱電器件集成到紡織品中，為智能服裝開辟了新的可能性，這些器件可用于制造在寒冷環(huán)境中使用的自供電加熱服裝。

此前的研究表明，柔性熱電器件可以為各個領(lǐng)域的能量收集和熱管理提供創(chuàng)新解決方案。

在汽車工業(yè)中，通過利用汽車內(nèi)部和外部的溫差，可以將柔性熱電器件集成到汽車中，為自動駕駛的無電池距離檢測傳感器供電。這些器件還可以從排氣管和其他發(fā)熱部件中收集能量，從而提高燃油效率并減少排放。

醫(yī)療領(lǐng)域也將從這項技術(shù)中受益匪淺。柔性熱電器件可以使用體溫為植入式醫(yī)療設(shè)備供電，無需更換電池，從而降低并發(fā)癥的風(fēng)險。此外，它們還可以實現(xiàn)連續(xù)、無創(chuàng)的體溫監(jiān)測系統(tǒng)，為健康監(jiān)測提供有價值的數(shù)據(jù)。

在更大規(guī)模上，柔性熱電器件有潛力從基礎(chǔ)設(shè)施中收集廢熱。通過貼合管道、機械或建筑構(gòu)件的曲面，這些器件可以從以前未開發(fā)的熱源中發(fā)電，從而有助于提高建筑和工業(yè)流程的能源效率。