柔性热电纤维：为智能穿戴设备提供新能量

来自 实验室仪器网

在可穿戴技术领域，科学家们近日成功制造出“碲化铋 (Bi 2 Te 3 ) 热电纤维”。这种创新的能量收集解决方案专为下一代柔性电子设备而设计，详情请见《先进材料》杂志发表的一项研究。标志着智能服装和可穿戴设备的应用进入新阶段。这种纤维不仅轻便舒适，还具备出色的热电性能，能够将人体产生的热量转化为电能，为各种可穿戴设备供电。

柔性热电纤维由高导热材料和纳米结构复合而成，具备优良的热电转换效率。研究团队表示，这种纤维的热电优值（ZT值）在实验室条件下达到了行业领先水平，意味着它能够在低温差条件下有效工作。

研究人员发明的热电材料，可用于包括智能服装在内的可穿戴技术，即使在恶劣条件下也能保持一致的热能性能。除了展示出商业化的潜力之外，它还显著解决了热电材料中长期存在的难题：在机械柔韧性和保持良好性能之间找到平衡。

热电材料将热能转化为电能，并根据温度变化产生电压。由于目前约有70%的能源以废热形式流失，因此，对能够从废热中回收和获取能源的可持续能源材料的研究正受到应有的关注。

环境中的热源大多呈弯曲状，包括散热片、汽车排气管、人体等，由无机热电材料衍生的陶瓷材料热电性能高但易碎，难以制成弯曲状。利用现有的聚合物粘合剂的柔性热电材料可以添加到多种形状的表面积上；然而，聚合物的高热阻和低电导率限制了其性能。

现有的柔性热电材料含有聚合物添加剂，而研究团队的无机热电材料不具有柔性。为了克服这个问题，他们用纳米带代替添加剂，制成了线状热电材料。

受到无机纳米带柔韧性的启发，研究团队 利用基于纳米模具的电子束沉积技术连续沉积纳米带并将其扭成线，从而制成Bi2Te3无机热电纤维。

即使经过1,000多次弯曲和拉伸试验，这些无机热电纤维的电性能也几乎没有变化，而且弯曲强度比目前的热电材料更高。研究小组的热电装置利用温差发电。如果衣服是用纤维型热电装置制成的，体温就可以发电，为其他电子设备供电。

通过将热电纤维集成到衣服或救生衣中来收集能量的演示证明了商业化的可行性。它使构建一个高效的能量收集系统成为可能，该系统利用外部冷空气和管道内热流体之间的温差来回收工业环境中的废热。

本次研究开发的无机柔性热电材料可用于智能服装等可穿戴设备，即使在极端环境下也能保持稳定的性能，因此未来通过进一步研究实现商业化的可能性很高。该技术将成为下一代能量收集技术的核心，有望在从工业现场的废热利用到个人可穿戴自发电设备等各个领域发挥重要作用。

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