研究人員開(kāi)發(fā)出利用體熱為可穿戴設(shè)備供電的超薄薄膜
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2024-12-16 16:20:21
柔性熱電薄膜技術(shù)的一項(xiàng)新進(jìn)展可能為新一代可穿戴設(shè)備和冷卻解決方案鋪平道路。 昆士蘭科技大學(xué)（QUT）的研究人員創(chuàng)造出一種柔性薄膜，解決了長(zhǎng)期以來(lái)在柔性、可制造性和性能方面的難題。
澳大利亞研究人員設(shè)計(jì)出了一種超薄柔性薄膜，能夠利用人體熱量為可穿戴設(shè)備供電，從而消除了對(duì)電池的需求。 這項(xiàng)技術(shù)還可以冷卻智能手機(jī)和電腦中的電子芯片，標(biāo)志著多年來(lái)一直穩(wěn)步發(fā)展的這一領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。 這一突破建立在全球?qū)Ｗ⒂谀芰渴占蜔峁芾淼难芯繄F(tuán)隊(duì)所做的基礎(chǔ)性工作之上。 長(zhǎng)期以來(lái)，可將溫差轉(zhuǎn)化為電能的熱電設(shè)備一直是可穿戴電子設(shè)備所追求的。 然而，要制造出靈活、高效、商業(yè)上可行的版本卻很困難。 有限的靈活性、復(fù)雜的制造工藝、高昂的成本和不足的性能一直是可穿戴電子設(shè)備和高端冷卻應(yīng)用中柔性無(wú)機(jī)熱電半導(dǎo)體器件規(guī)模化和商業(yè)化的障礙。 
昆士蘭科技大學(xué)的陳志剛教授及其團(tuán)隊(duì)似乎已經(jīng)解決了這些難題。 他們的研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，介紹了一種生產(chǎn)柔性熱電薄膜的高性?xún)r(jià)比技術(shù)。 創(chuàng)新的關(guān)鍵在于使用微小晶體或"納米粘合劑"，形成一層一致的碲化鉍薄膜，從而提高效率和靈活性。 研究小組的方法整合了溶熱合成、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)技術(shù)。 溶熱合成是在高溫高壓下在溶劑中生成納米晶體，而絲網(wǎng)印刷則可以大規(guī)模生產(chǎn)薄膜。 燒結(jié)過(guò)程將薄膜加熱到接近熔點(diǎn)，有效地將顆粒粘合在一起。 由此產(chǎn)生的可印刷薄膜由作為高取向晶粒的 Bi?Te? 基納米板和作為納米粘合劑的 Te 納米棒組成。 當(dāng)組裝成柔性熱電設(shè)備時(shí)，薄膜的功率密度在絲網(wǎng)印刷設(shè)備中名列前茅。 昆士蘭科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)的方法并不局限于基于鉍碲化物的熱電技術(shù)。 該研究的第一作者陳文怡（Wenyi Chen）指出，他們的技術(shù)也可用于其他系統(tǒng)，如硒化銀熱電系統(tǒng)，后者可能更便宜、更可持續(xù)。 這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)辟了一系列潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。陳教授說(shuō)："柔性熱電設(shè)備可以舒適地佩戴在皮膚上，有效地將人體與周?chē)諝庵g的溫差轉(zhuǎn)化為電能。" 除了為可穿戴電子設(shè)備供電，這種薄膜還可用于個(gè)人熱管理。 例如，將柔性熱電設(shè)備集成到紡織品中為智能服裝開(kāi)辟了新的可能性，這些設(shè)備可用于為寒冷環(huán)境制造自供電的加熱服裝。 早期的研究表明，柔性熱電半導(dǎo)體器件可為各行各業(yè)的能量采集和熱管理提供創(chuàng)新解決方案。在汽車(chē)行業(yè)，柔性熱電器件可集成到汽車(chē)中，利用汽車(chē)內(nèi)部和外部的溫差，為自動(dòng)駕駛的免電池距離檢測(cè)傳感器供電。 這些設(shè)備還可以從排氣管和其他發(fā)熱部件中獲取能量，從而提高燃油效率并減少排放。 醫(yī)療領(lǐng)域也能從這項(xiàng)技術(shù)中受益匪淺。 柔性熱電設(shè)備可以利用體熱為植入式醫(yī)療設(shè)備供電，從而無(wú)需更換電池，降低并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。 此外，柔性熱電設(shè)備還可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、無(wú)創(chuàng)的體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為健康監(jiān)測(cè)提供寶貴的數(shù)據(jù)。 在更大范圍內(nèi)，柔性熱電設(shè)備有可能從基礎(chǔ)設(shè)施中收集廢熱。 通過(guò)貼合管道、機(jī)械或建筑部件的彎曲表面，這些設(shè)備可以利用以前未開(kāi)發(fā)的熱源發(fā)電，從而提高建筑和工業(yè)流程的能效。 |
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