在可穿戴電子產(chǎn)品的能源創(chuàng)新領(lǐng)域，科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)都在探索一種能夠?qū)⑷梭w與環(huán)境溫差轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，即柔性熱電器件。然而，這一技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用卻面臨著重重挑戰(zhàn)，包括器件的柔韌度不足、生產(chǎn)工藝復(fù)雜度高、成本昂貴以及效率低下等問(wèn)題，這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了柔性無(wú)機(jī)熱電器件在可穿戴設(shè)備以及高端散熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
近日，來(lái)自昆士蘭科技大學(xué)（QUT）的Zhi-Gang Chen教授及其科研團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)突破性研究成果，他們成功研發(fā)出一種高效且經(jīng)濟(jì)的柔性熱電薄膜生產(chǎn)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的核心在于使用了微小的納米晶體作為“納米粘合劑”，這些晶體能夠形成一層均勻的碲化鉍薄片，顯著提升了薄膜的效率和柔韌性。
據(jù)介紹，Chen教授團(tuán)隊(duì)采用了一種結(jié)合了溶劑熱合成、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)技術(shù)的創(chuàng)新方法。在高壓高溫的溶劑環(huán)境中，通過(guò)溶劑熱合成產(chǎn)生納米晶體；隨后，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)薄膜的大規(guī)模生產(chǎn)；最后，通過(guò)燒結(jié)過(guò)程將薄膜加熱至接近熔點(diǎn)，使顆粒緊密結(jié)合，形成穩(wěn)定的薄膜結(jié)構(gòu)。
所制成的可印刷薄膜由高度定向的Bi?Te?基納米片晶粒和作為納米粘合劑的Te納米棒組成。當(dāng)這些薄膜被組裝成柔性熱電器件時(shí)，其功率密度在同類(lèi)絲網(wǎng)印刷器件中表現(xiàn)出色，為柔性熱電器件的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
這項(xiàng)技術(shù)的問(wèn)世，為柔性熱電器件的廣泛應(yīng)用打開(kāi)了新的大門(mén)。Chen教授表示：“柔性熱電器件可以舒適地貼合在皮膚上，有效地將人體與周?chē)諝獾臏夭钷D(zhuǎn)化為電能，為可穿戴電子產(chǎn)品提供持久的能源支持?！?/p>
除了為可穿戴設(shè)備供電外，這種柔性熱電薄膜還可應(yīng)用于個(gè)人熱管理領(lǐng)域。例如，將柔性熱電器件集成到紡織品中，可以開(kāi)發(fā)出具有自供電加熱功能的智能服裝，為寒冷環(huán)境下的使用者提供溫暖。這種創(chuàng)新應(yīng)用不僅提升了服裝的功能性，還為智能服裝的發(fā)展開(kāi)辟了新的道路。
柔性熱電器件在多個(gè)領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在汽車(chē)工業(yè)中，通過(guò)利用汽車(chē)內(nèi)外溫差，可以將柔性熱電器件集成到車(chē)輛中，為自動(dòng)駕駛的無(wú)電池距離檢測(cè)傳感器提供能源。這些器件還可以從排氣管和其他發(fā)熱部件中收集能量，提高燃油效率并降低排放，為環(huán)保出行貢獻(xiàn)力量。
醫(yī)療領(lǐng)域同樣將從這項(xiàng)技術(shù)中受益。柔性熱電器件可以利用體溫為植入式醫(yī)療設(shè)備供電，避免了電池更換帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，降低了并發(fā)癥的發(fā)生率。同時(shí)，它們還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、無(wú)創(chuàng)的體溫監(jiān)測(cè)，為患者的健康監(jiān)測(cè)提供寶貴的數(shù)據(jù)支持。
