研究人員研發出超薄薄膜，可利用體溫為可穿戴設備供電

12 月 16 日消息，澳大利亞昆士蘭科技大學（QUT）的研究人員近日開發出一種超薄柔性熱電薄膜，能夠利用人體熱量為可穿戴設備供電，甚至有望取代電池，同時也可能應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能夠將溫差轉化為電能的熱電設備，用于可穿戴電子產品。然而，制造出柔性、高效且具有商業可行性的產品一直面臨諸多挑戰，這些挑戰包括柔韌性不足、制造工藝復雜、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品和高端散熱應用中的規模化生產和商業化。

QUT 的 Zhi-Gang Chen 教授及其團隊似乎已經成功克服了這些挑戰，他們在《科學》雜志上發表的研究成果介紹了一種經濟高效的柔性熱電薄膜生產技術。其核心創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。

據了解，該團隊的方法結合了溶劑熱合成、絲網印刷和燒結技術。溶劑熱合成在高壓高溫的溶劑中產生納米晶體，而絲網印刷則實現了大規模薄膜生產。燒結過程將薄膜加熱到接近熔點，有效地將顆粒結合在一起。

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。當組裝成柔性熱電器件時，該薄膜的功率密度在絲網印刷器件中名列前茅。

這項技術開啟了一系列潛在應用。“柔性熱電器件可以舒適地佩戴在皮膚上，有效地將人體和周圍空氣之間的溫差轉化為電能，”Chen 教授說。

除了為可穿戴電子產品供電外，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域的能量收集和熱管理提供創新解決方案。

在汽車工業中，通過利用汽車內部和外部的溫差，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熱部件中收集能量，從而提高燃油效率并減少排放。

醫療領域也將從這項技術中受益匪淺。柔性熱電器件可以使用體溫為植入式醫療設備供電，無需更換電池，從而降低并發癥的風險。此外，它們還可以實現連續、無創的體溫監測系統，為健康監測提供有價值的數據。

在更大規模上，柔性熱電器件有潛力從基礎設施中收集廢熱。通過貼合管道、機械或建筑構件的曲面，這些器件可以從以前未開發的熱源中發電，從而有助于提高建筑和工業流程的能源效率。