昆士兰科技大学开发出超薄柔性热电薄膜
发布时间：2024-12-16 09:13
发布者：eechina
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澳大利亚昆士兰科技大学（QUT）的研究团队近日取得了一项突破性进展，成功开发出一种超薄柔性热电薄膜。这种新型薄膜能够利用人体热量为可穿戴设备供电，有望在未来取代传统电池，为可穿戴电子产品提供更为环保和便捷的电力解决方案。 QUT的Zhi-Gang Chen教授及其团队在《科学》杂志上发表了这项研究成果。长期以来，尽管人们一直致力于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诸多挑战。这些问题包括柔韧性不足、制造工艺复杂、成本高昂以及性能不佳等，严重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。 Chen教授及其团队提出了一种高效且经济的柔性热电薄膜生产技术，成功克服了这些挑战。他们利用微小的晶体，即“纳米粘合剂”，形成了一层均匀的碲化铋（Bi₂Te₃）薄片，从而提高了薄膜的效率和柔韧性。这种技术结合了溶剂热合成、丝网印刷和烧结等步骤，使整个薄膜的生产过程变得高效而可控。 在溶剂热合成阶段，高压高温的溶剂环境促进了纳米晶体的生成。随后，通过丝网印刷技术实现了大规模薄膜的生产。最后，通过烧结技术将薄膜加热到接近熔点，有效地将颗粒结合在一起，形成了最终的可印刷薄膜。该薄膜由高度取向的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。 这一创新成果的应用前景十分广阔。柔性热电器件可以舒适地佩戴在皮肤上，有效地将人体体温与周围环境的温差转化为电能。这样一来，可穿戴设备就不再需要依赖电池供电，大大减少了充电需求和电池更换的烦恼，提升了用户的使用体验。 除了为可穿戴电子产品供电外，这种热电薄膜在个性化热管理方面也展现出强大潜力。研究人员表示，将柔性热电器件集成到纺织品中，可以为智能服装带来革命性的变革。例如，在寒冷环境中，这些器件能够制造自供电的加热服装，为用户提供温暖，同时提升舒适感。 此外，柔性热电器件在汽车和医疗领域也有着广阔的应用前景。在汽车行业中，通过利用汽车内部和外部的温差，这些器件能够为自动驾驶的无电池距离检测传感器提供电力，极大提升燃油效率并降低排放。在医疗领域，柔性热电器件可以使用体温为植入式医疗设备供电，避免了因更换电池带来的风险，更可实现连续、无创的体温监测系统，为健康监测提供有价值的数据。 |
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