研究人员研发出超薄薄膜，可利用体温为可穿戴设备供电柔性热电技术新突破

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2024-12-16 11:25:16 IT之家

澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员开发出一种超薄柔性热电薄膜，能够利用人体热量为可穿戴设备供电，甚至有望取代电池，同时也可能应用于智能手机和电脑芯片的散热。长期以来，人们一直在努力开发能够将温差转化为电能的热电设备，用于可穿戴电子产品，但制造出柔性、高效且具有商业可行性的产品一直面临许多挑战，如柔韧性不足、制造工艺复杂、成本高昂以及性能不佳等，这些因素阻碍了柔性无机热电器件在可穿戴电子产品和高端散热应用中的规模化生产和商业化。

QUT 的 Zhi-Gang Chen 教授及其团队成功克服了这些挑战，在《科学》杂志上发表了一种经济高效的柔性热电薄膜生产技术。该技术的核心创新在于使用了微小的晶体，即“纳米粘合剂”，形成了一层均匀的碲化铋薄片，从而提高了效率和柔韧性。团队的方法结合了溶剂热合成、丝网印刷和烧结技术。溶剂热合成在高压高温的溶剂中产生纳米晶体，而丝网印刷则实现了大规模薄膜生产。烧结过程将薄膜加热到接近熔点，有效地将颗粒结合在一起。最终制成的可印刷薄膜由高度取向的 Bi₂Te₃基纳米片晶粒和作为纳米粘合剂的 Te 纳米棒组成。当组装成柔性热电器件时，该薄膜的功率密度在丝网印刷器件中名列前茅。

这项技术开启了一系列潜在应用。Chen 教授表示，柔性热电器件可以舒适地佩戴在皮肤上，有效地将人体和周围空气之间的温差转化为电能。除了为可穿戴电子产品供电外，该薄膜还可用于个人热管理。例如，将柔性热电器件集成到纺织品中，可以为智能服装开辟新的可能性，这些器件可用于制造在寒冷环境中使用的自供电加热服装。此外，柔性热电器件还可以为各个领域的能量收集和热管理提供创新解决方案。在汽车工业中，通过利用汽车内部和外部的温差，可以将柔性热电器件集成到汽车中，为自动驾驶的无电池距离检测传感器供电。这些器件还可以从排气管和其他发热部件中收集能量，从而提高燃油效率并减少排放。医疗领域也将从这项技术中受益匪浅。柔性热电器件可以使用体温为植入式医疗设备供电，无需更换电池，从而降低并发症的风险。它们还可以实现连续、无创的体温监测系统，为健康监测提供有价值的数据。在更大规模上，柔性热电器件有潜力从基础设施中收集废热。通过贴合管道、机械或建筑构件的曲面，这些器件可以从以前未开发的热源中发电，有助于提高建筑和工业流程的能源效率。

(责任编辑：张小花 TT1000)

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