近年來,能夠直接將人體體溫轉化為永續電源的可穿戴柔性熱電器件(F-TED),受到了科研界的廣泛關注,但其性能不佳及成本高昂等問題,一直是該領域研究多年來的發展瓶頸。近日,澳洲昆士蘭科技大學(QUT)終於開發出一種經濟高效的超薄柔性熱電薄膜,不僅能將人體熱量轉化為電能,為可穿戴設備提供電力,甚至有望取代傳統電池,同時也能用於智能手機和電腦晶片散熱。
根據開發團隊在《科學》期刊上發表的成果,這項技術的創新之處在於使用了微小晶體作為納米黏合劑,形成一層均勻的碲化鉍(Bi₂Te₃)薄片,大幅提高了薄膜效率和柔韌性,並且擁有大規模製造的潛力以及低成本優勢。
開發團隊陳志剛(Zhi-Gang Chen,音譯)教授指出,他們的技術結合了溶劑熱合成、絲網印刷和燒結技術。溶劑熱合成在高壓高溫的溶劑中產生納米晶體,而絲網印刷則實現了大規模薄膜生產。燒結過程中,薄膜將被加熱到接近熔點,有效地結合顆粒。最終量產出的可印刷薄膜,由高度取向Bi₂Te₃基納米片晶粒,和作為納米黏合劑的Te納米棒組成。當組成柔性熱電器件時,該薄膜的功率密度在絲網印刷器件中名列前茅。
據稱,該薄膜可應用的領域十分廣泛。除了可舒適地佩戴在人體皮膚上,亦可與紡織品整合,製造出可抵禦酷寒或酷暑等極端天氣的智能衣物。此外,這款柔性熱電器件還可應用於汽車領域,通過利用車內外溫差提高燃油效率,收集熱能。在醫療領域方面,亦能為植入式醫療設備提供持續電力,降低電池更換風險。
雖然目前的研究顯示出巨大的前景,但還需要進一步的研究和開發來擴大這項技術並優化其性能。昆士蘭科技大學團隊表示,熱電薄膜的商業化之旅還需要面臨耐用性、與現有設備的整合以及大規模的成本效益等挑戰,希望後續發展能徹底改變消費性電子產品、汽車及醫療應用等各個領域的能源效率。
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