體溫也能發(fā)電？中國科學家實現材料突破！

日前，哈爾濱工業(yè)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(fā)現鉍化鎂單晶在室溫下兼具出色的塑性變形能力與優(yōu)異熱電性能。相關成果10日發(fā)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?！睆堎唤榻B，優(yōu)化后的鉍化鎂單晶在室溫下還表現出優(yōu)異的熱電性能，優(yōu)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(fā)柔性熱電器件，主要面向人體體溫發(fā)電與體溫控制等應用場景。

02 神奇的人體體溫發(fā)電技術

體溫發(fā)電是一種利用身體表面與外界環(huán)境的溫度差異來發(fā)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(fā)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(fā)明了一種“充電貼”，能方便地把身體散發(fā)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(fā)生器，從而將熱量轉化為電能。

03 體溫發(fā)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(fā)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(jiān)測器、手表、智能手環(huán)等可穿戴電子設備供電。

使用人體體溫發(fā)電時，體溫與環(huán)境溫度相差15攝氏度左右時可實現微瓦——毫瓦量級發(fā)電量，發(fā)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(qū)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(fā)電，體溫高于環(huán)境溫度或是環(huán)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(yōu)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(huán)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(fā)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