|
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電池，為可穿戴電子產品提供更為環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》雜志上發表了這項研究成果。長期以來，盡管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，但制造出柔性、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品和高端散熱應用中的規模化生產和商業化。 Chen教授及其團隊提出了一種高效且經濟的柔性熱電薄膜生產技術，成功克服了這些挑戰。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、絲網印刷和燒結等步驟，使整個薄膜的生產過程變得高效而可控。 在溶劑熱合成階段，高壓高溫的溶劑環境促進了納米晶體的生成。隨后，通過絲網印刷技術實現了大規模薄膜的生產。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印刷器件中名列前茅。 這一創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品供電外，這種熱電薄膜在個性化熱管理方面也展現出強大潛力。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療領域也有著廣闊的應用前景。在汽車行業中，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。在醫療領域，柔性熱電器件可以使用體溫為植入式醫療設備供電，避免了因更換電池帶來的風險，更可實現連續、無創的體溫監測系統，為健康監測提供有價值的數據。 |
