研究人员开发出利用体热为可穿戴设备供电的超薄薄膜

澳大利亚研究人员设计出了一种超薄柔性薄膜，能够利用人体热量为可穿戴设备供电，从而消除了对电池的需求。 这项技术还可以冷却智能手机和电脑中的电子芯片，标志着多年来一直稳步发展的这一领域取得了重大进展。 这一突破建立在全球专注于能量收集和热管理的研究团队所做的基础性工作之上。

长期以来，可将温差转化为电能的热电设备一直是可穿戴电子设备所追求的。 然而，要制造出灵活、高效、商业上可行的版本却很困难。 有限的灵活性、复杂的制造工艺、高昂的成本和不足的性能一直是可穿戴电子设备和高端冷却应用中柔性无机热电半导体器件规模化和商业化的障碍。

昆士兰科技大学的陈志刚教授及其团队似乎已经解决了这些难题。 他们的研究成果发表在《科学》杂志上，介绍了一种生产柔性热电薄膜的高性价比技术。 创新的关键在于使用微小晶体或"纳米粘合剂"，形成一层一致的碲化铋薄膜，从而提高效率和灵活性。

研究小组的方法整合了溶热合成、丝网印刷和烧结技术。 溶热合成是在高温高压下在溶剂中生成纳米晶体，而丝网印刷则可以大规模生产薄膜。 烧结过程将薄膜加热到接近熔点，有效地将颗粒粘合在一起。

由此产生的可印刷薄膜由作为高取向晶粒的 Bi₂Te₃ 基纳米板和作为纳米粘合剂的 Te 纳米棒组成。 当组装成柔性热电设备时，薄膜的功率密度在丝网印刷设备中名列前茅。

昆士兰科技大学团队的方法并不局限于基于铋碲化物的热电技术。 该研究的第一作者陈文怡（Wenyi Chen）指出，他们的技术也可用于其他系统，如硒化银热电系统，后者可能更便宜、更可持续。

这项技术开辟了一系列潜在的应用领域。陈教授说："柔性热电设备可以舒适地佩戴在皮肤上，有效地将人体与周围空气之间的温差转化为电能。"

除了为可穿戴电子设备供电，这种薄膜还可用于个人热管理。 例如，将柔性热电设备集成到纺织品中为智能服装开辟了新的可能性，这些设备可用于为寒冷环境制造自供电的加热服装。

早期的研究表明，柔性热电半导体器件可为各行各业的能量采集和热管理提供创新解决方案。在汽车行业，柔性热电器件可集成到汽车中，利用汽车内部和外部的温差，为自动驾驶的免电池距离检测传感器供电。 这些设备还可以从排气管和其他发热部件中获取能量，从而提高燃油效率并减少排放。

医疗领域也能从这项技术中受益匪浅。 柔性热电设备可以利用体热为植入式医疗设备供电，从而无需更换电池，降低并发症风险。 此外，柔性热电设备还可实现连续、无创的体温监测系统，为健康监测提供宝贵的数据。

在更大范围内，柔性热电设备有可能从基础设施中收集废热。 通过贴合管道、机械或建筑部件的弯曲表面，这些设备可以利用以前未开发的热源发电，从而提高建筑和工业流程的能效。