柔性热电材料让塑料薄膜变成“能量转换器”

有报道称,中国科学院化学研究所把柔性热电材料技术给攻破了,让塑料薄膜变成了“能量转换器”。研究所里的朱道本院士、狄重安研究员跟他们的国内伙伴一起努力,搞出了一种不规则多级孔结构的塑料热电薄膜。他们给这种材料测出来的热电优值(zT值)已经超过1.64,这可是柔性热电材料里同温区的世界纪录。这么一来,像可穿戴设备、贴附式制冷还有物联网传感器这些技术,都能靠着这种材料得到很好的支持。 热电材料这东西能把热能跟电能换来换去,就像个“能量魔术师”。它主要就是靠塞贝克效应和帕尔贴效应来干活。利用这两种物理效应,发电和制冷都能在没有燃料、没有噪音的情况下完成。这种技术在节能减排和绿色能源方面特别重要。 柔性热电材料既有韧性又能弯折,贴在人身上、衣服上或者任何曲面上都行。它能悄无声息地把周围的“废热”变成电能。这种材料很适合贴在人身上或者曲面上来回收废热,不过一直以来,聚合物热电材料有个大问题:高电导率和低热导率很难兼顾好。zT值总是比无机材料低很多,这成了实用化的大难题。 为了解决这个“鱼与熊掌不可兼得”的难题,研究团队想出了个新办法:构建出了独特的“多孔无序-狭道有序”双重结构。这种材料整体看上去像海绵一样有各种大小形状的孔洞。纳米级别的孔隙却能像模具一样帮忙让聚合物分子排列得特别整齐。这样热量就不容易传过去,电子却能跑得很顺畅,这就成功把电和热的运输给分开了又同时提升了它们的能力。 研究团队用“聚合物相分离”的方法制备这种材料,还能跟喷涂工艺兼容一次成型,比以前的技术容易多了。这款新型塑料薄膜把聚合物热电材料的zT值一下子提升到了超过1.5的水平,创造了柔性热电材料的新纪录。 这个技术以后的应用前景很广,只要人体和环境有5℃到10℃的温差就能发电。比如说以后我们戴智能手表晨跑的时候不用充电了;大热天的时候只需要贴一片薄薄的贴片就能凉快;还有可能织进衣服里当“移动电源”。再加上它生产成本低的优势,能在物联网时代给传感器提供源源不断的电;柔性特点还能让它贴在各种曲面上用,大大扩展了应用场景。