日前，哈爾濱工業大學（深圳）材料科學與工程學院張倩教授、毛俊教授團隊在塑性熱電材料領域取得新突破：他們發現鉍化鎂單晶在室溫下兼具出色的塑性變形能力與優異熱電性能。相關成果10日發表在國際期刊《自然》上。
01 可彎折、扭曲的鉍化鎂單晶
研究團隊制備出厘米級高品質鉍化鎂單晶。“鉍化鎂單晶可以在室溫下輕松實現彎折、扭曲等多種類型的塑性形變。”張倩介紹，優化后的鉍化鎂單晶在室溫下還表現出優異的熱電性能，優于目前的塑性半導體材料。
據介紹，該種塑性熱電材料可用于開發柔性熱電器件，主要面向人體體溫發電與體溫控制等應用場景。
02 神奇的人體體溫發電技術
體溫發電是一種利用身體表面與外界環境的溫度差異來發電，為電子設備擺脫傳統供電方式提供了可能。2007年，德國弗朗霍夫集成電路研究所的科學家就探索了這項新技術，他們通過半導體，利用溫差來獲取電能。溫差發電的基本原理是“澤貝克”效應，即兩種不同的金屬連接起來構成一個閉合回路時，如果兩個連接點的溫度不一樣，就能產生微小的電壓。
2016年，美國北卡羅來納州立大學研究人員發明了一種“充電貼”，能方便地把身體散發的熱量轉化為電能。它只有２毫米厚，可以隨意折疊，底層是熱傳導材料，緊緊貼合皮膚，上面覆蓋著一層聚合體材料薄膜，防止熱量散失。這樣的結構可以“強迫”熱量穿過其中的溫差發生器，從而將熱量轉化為電能。
03 體溫發電技術在我國的突破
2018年，中科院金屬研究所研制出能夠利用體溫發電的新材料，這種新材料不足一指寬、0.1毫米厚的單片灰色軟質薄膜，貼在人體手腕處，所連接的測量電表上立刻顯示出有明顯輸出電壓。將為藍牙耳機、健康監測器、手表、智能手環等可穿戴電子設備供電。
使用人體體溫發電時，體溫與環境溫度相差15攝氏度左右時可實現微瓦——毫瓦量級發電量，發電效果隨著溫差的增大而提高，特別是當人體運動時消耗生物化學能產生熱量或是北方地區室外年平均溫度低于20攝氏度的時候。只要有溫差存在就可以發電，體溫高于環境溫度或是環境溫度高于體溫都可以。
而利用上述新材料制成的薄膜電池，即“柔性、可裁剪碲化鉍/纖維素復合熱電薄膜電池”，將高性能碲化鉍熱電材料與低成本纖維素紙進行網絡結構復合，同時具有優異的變形能力，能夠充分貼合復雜曲率變化的人體體表，并維持與周圍環境的溫差，從而提升熱能轉換效率，可應用于新一代低功耗微系統供電技術。
隨著可穿戴電子產品的發展，國內外科學家近年來開始關注柔性熱電材料與器件的研究。
綜合來源：科技日報、央視新聞、新華網等
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