科技日報記者 劉霞
韓國首爾國立大學科學家研發(fā)出一款既纖薄又柔韌的“偽橫向熱電發(fā)電機”，可利用人體熱量直接發(fā)電。這款可穿戴熱電發(fā)電機未來有望廣泛應用于智能服裝、健康監(jiān)測傳感器及各類可穿戴電子產(chǎn)品中。相關論文發(fā)表于最新一期《科學進展》雜志。
熱電發(fā)電機可將溫差轉化為電能，無需電池即可供電，被視為可穿戴電子設備的下一代理想能源。薄膜型熱電發(fā)電機輕巧柔軟，能舒適貼合皮膚或衣物，但也面臨一大難題：此類熱電發(fā)電機需要利用溫差來發(fā)電，當它平貼于皮膚時，體熱會直接穿透薄膜散入空氣，就像熱量穿過一張薄紙，整個裝置幾乎形不成溫差，發(fā)電自然無從談起。
以往，科學家嘗試將器件彎折或做成三維柱狀結構來克服這一瓶頸，卻要犧牲薄膜的厚度與柔軟性，削弱了其作為柔性設備的天然優(yōu)勢。
面對這一挑戰(zhàn)，團隊另辟蹊徑，從根本上改變了熱流的走向。他們在可拉伸硅橡膠基板的特定區(qū)域摻入導熱銅納米顆粒，使同一塊基板內同時擁有高熱導區(qū)與低熱導區(qū)，構筑出“雙導熱性基板”。當熱電半導體被置于溫度交界處時，來自皮膚的熱量不再垂直逸散，而是沿高熱導區(qū)橫向流動，從而在基板表面形成溫區(qū)與涼區(qū)，即便在薄膜結構中也保留了有效溫差，實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電。
借助這一思路，團隊首次證明，僅通過改變基板內部熱流方向，就可在薄膜中維持溫差并發(fā)電。他們將這項技術命名為“偽橫向熱電發(fā)電機”，因其結構上模擬了傳統(tǒng)橫向熱電效應。
這款可穿戴熱電發(fā)電機即使在完全平坦的狀態(tài)下，也能將體熱轉化為電能，無需彎曲或借助任何立體結構。此外，它采用油墨印刷工藝制造，兼具柔韌性和可擴展性，尺寸與形狀可自由設計，且能像拼裝積木一樣靈活擴展。
