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澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)（QUT）的研究團(tuán)隊(duì)近日取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展，成功開發(fā)出一種超薄柔性熱電薄膜。這種新型薄膜能夠利用人體熱量為可穿戴設(shè)備供電，有望在未來取代傳統(tǒng)電池，為可穿戴電子產(chǎn)品提供更為環(huán)保和便捷的電力解決方案。 QUT的Zhi-Gang Chen教授及其團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了這項(xiàng)研究成果。長(zhǎng)期以來，盡管人們一直致力于開發(fā)能夠?qū)夭钷D(zhuǎn)化為電能的熱電設(shè)備，用于可穿戴電子產(chǎn)品，但制造出柔性、高效且具有商業(yè)可行性的產(chǎn)品一直面臨諸多挑戰(zhàn)。這些問題包括柔韌性不足、制造工藝復(fù)雜、成本高昂以及性能不佳等，嚴(yán)重阻礙了柔性無機(jī)熱電器件在可穿戴電子產(chǎn)品和高端散熱應(yīng)用中的規(guī)模化生產(chǎn)和商業(yè)化。 Chen教授及其團(tuán)隊(duì)提出了一種高效且經(jīng)濟(jì)的柔性熱電薄膜生產(chǎn)技術(shù)，成功克服了這些挑戰(zhàn)。他們利用微小的晶體，即“納米粘合劑”，形成了一層均勻的碲化鉍（Bi₂Te₃）薄片，從而提高了薄膜的效率和柔韌性。這種技術(shù)結(jié)合了溶劑熱合成、絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)等步驟，使整個(gè)薄膜的生產(chǎn)過程變得高效而可控。 在溶劑熱合成階段，高壓高溫的溶劑環(huán)境促進(jìn)了納米晶體的生成。隨后，通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模薄膜的生產(chǎn)。最后，通過燒結(jié)技術(shù)將薄膜加熱到接近熔點(diǎn)，有效地將顆粒結(jié)合在一起，形成了最終的可印刷薄膜。該薄膜由高度取向的Bi₂Te₃基納米片晶粒和作為納米粘合劑的Te納米棒組成。當(dāng)組裝成柔性熱電器件時(shí)，該薄膜的功率密度在絲網(wǎng)印刷器件中名列前茅。 這一創(chuàng)新成果的應(yīng)用前景十分廣闊。柔性熱電器件可以舒適地佩戴在皮膚上，有效地將人體體溫與周圍環(huán)境的溫差轉(zhuǎn)化為電能。這樣一來，可穿戴設(shè)備就不再需要依賴電池供電，大大減少了充電需求和電池更換的煩惱，提升了用戶的使用體驗(yàn)。 除了為可穿戴電子產(chǎn)品供電外，這種熱電薄膜在個(gè)性化熱管理方面也展現(xiàn)出強(qiáng)大潛力。研究人員表示，將柔性熱電器件集成到紡織品中，可以為智能服裝帶來革命性的變革。例如，在寒冷環(huán)境中，這些器件能夠制造自供電的加熱服裝，為用戶提供溫暖，同時(shí)提升舒適感。 此外，柔性熱電器件在汽車和醫(yī)療領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。在汽車行業(yè)中，通過利用汽車內(nèi)部和外部的溫差，這些器件能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛的無電池距離檢測(cè)傳感器提供電力，極大提升燃油效率并降低排放。在醫(yī)療領(lǐng)域，柔性熱電器件可以使用體溫為植入式醫(yī)療設(shè)備供電，避免了因更換電池帶來的風(fēng)險(xiǎn)，更可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、無創(chuàng)的體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為健康監(jiān)測(cè)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。 |
