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澳大利亞昆士蘭科技大學（QUT）的研究團隊近日取得了一項突破性進展，成功開發(fā)出一種超薄柔性熱電薄膜。這種新型薄膜能夠利用人體熱量為可穿戴設備供電，有望在未來取代傳統(tǒng)電池，為可穿戴電子產(chǎn)品提供更為環(huán)保和便捷的電力解決方案。 QUT的Zhi-Gang Chen教授及其團隊在《科學》雜志上發(fā)表了這項研究成果。長期以來，盡管人們一直致力于開發(fā)能夠將溫差轉化為電能的熱電設備，用于可穿戴電子產(chǎn)品，但制造出柔性、高效且具有商業(yè)可行性的產(chǎn)品一直面臨諸多挑戰(zhàn)。這些問題包括柔韌性不足、制造工藝復雜、成本高昂以及性能不佳等，嚴重阻礙了柔性無機熱電器件在可穿戴電子產(chǎn)品和高端散熱應用中的規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化。 Chen教授及其團隊提出了一種高效且經(jīng)濟的柔性熱電薄膜生產(chǎn)技術，成功克服了這些挑戰(zhàn)。他們利用微小的晶體，即“納米粘合劑”，形成了一層均勻的碲化鉍（Bi₂Te₃）薄片，從而提高了薄膜的效率和柔韌性。這種技術結合了溶劑熱合成、絲網(wǎng)印刷和燒結等步驟，使整個薄膜的生產(chǎn)過程變得高效而可控。 在溶劑熱合成階段，高壓高溫的溶劑環(huán)境促進了納米晶體的生成。隨后，通過絲網(wǎng)印刷技術實現(xiàn)了大規(guī)模薄膜的生產(chǎn)。最后，通過燒結技術將薄膜加熱到接近熔點，有效地將顆粒結合在一起，形成了最終的可印刷薄膜。該薄膜由高度取向的Bi₂Te₃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(wǎng)印刷器件中名列前茅。 這一創(chuàng)新成果的應用前景十分廣闊。柔性熱電器件可以舒適地佩戴在皮膚上，有效地將人體體溫與周圍環(huán)境的溫差轉化為電能。這樣一來，可穿戴設備就不再需要依賴電池供電，大大減少了充電需求和電池更換的煩惱，提升了用戶的使用體驗。 除了為可穿戴電子產(chǎn)品供電外，這種熱電薄膜在個性化熱管理方面也展現(xiàn)出強大潛力。研究人員表示，將柔性熱電器件集成到紡織品中，可以為智能服裝帶來革命性的變革。例如，在寒冷環(huán)境中，這些器件能夠制造自供電的加熱服裝，為用戶提供溫暖，同時提升舒適感。 此外，柔性熱電器件在汽車和醫(yī)療領域也有著廣闊的應用前景。在汽車行業(yè)中，通過利用汽車內部和外部的溫差，這些器件能夠為自動駕駛的無電池距離檢測傳感器提供電力，極大提升燃油效率并降低排放。在醫(yī)療領域，柔性熱電器件可以使用體溫為植入式醫(yī)療設備供電，避免了因更換電池帶來的風險，更可實現(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)。 |
