西安交通大学田边、蒋庄德：基于仿生结构可大面积贴附的宽温域柔性薄膜热电纳米发电机

以下文章来源于NanoResearch ，作者田边 刘兆钧

背景介绍

能源是我们人类社会维持和发展的物质基础，是文明进步的内在动力。然而，在冶金、化工以及日常生活中，各种容器、管道等零部件在做功时不可避免地要向环境中释放大量的热量。基于Seebeck效应的热电发电机可以直接将获取的热能转化为电能，并结合后端进行储存，具有很高的应用潜力和市场前景。

然而，传统的热电发电机具有体积大，质量大、无法适应非平面表面等缺点。随着可穿戴产品以及柔性制备技术的兴起，柔性热电发电机应运而生，并在热能收集领域展现了独一无二的潜力和价值。其能够适应不同形状和表面的热源来为小型电子设备提供稳定、可持续能源，具有更加广泛的应用场景，更高的灵活性和适用性。但传统柔性热电发电机局限于以人体为热源，以智能手环、衣服为应用载体，适用温度仅于室温段，难以有效地将生活、生产中存在的废气、废热进行收集与转化，造成了大量热量毫无意义的浪费。

成果简介

针对生活、生产中产生的大量废气、废热难利用，团队提出了一种新型柔性薄膜纳米热电发电机，它可以延展成为大面积的电子皮肤来实现零部件表面热能的收集。参考松果、多肉、羽毛等生物结构，设计制作了一种可在宽温度范围内使用、具有最高温度能量收集能力的柔性热电发电机。鳞次栉比的仿生结构极大地提高了热电发电机单位面积的能量收集效率和密度，同时也能够获得更大的温度梯度。在近1000℃温差时，单一柔性热电发电机的电压收集密度可达286.1mV/cm2，功率密度可达66.5mW·m2。得益于热电发电机的柔性特性，其能够轻松地贴附于不同直径、形状的高温管道和容器外壁，实现向环境中扩散热能的收集。该宽温域柔性薄膜热电纳米发电机的设计和应用理念，填补了高温环境中薄膜发电机能量收集的空白，进一步推动社会的可持续发展进程。

图1 宽温域柔性薄膜热电纳米发电机的未来

作者简介

https://gr.xjtu.edu.cn/web/t.b12

田边，西安交通大学机械工程学院教授。长期致力于航空航天等领域的超高温温度和特种压阻式MEMS传感器研究，获国家级人才计划，发表学术论文70余篇；获得国家技术发明二等奖1项、陕西省科学技术一等奖1项；荣获陕西省青年科技奖（2020年）等荣誉。

https://gr.xjtu.edu.cn/web/zdjiang

蒋庄德，西安交通大学机械工程学院教授、中国工程院院士。长期从事微纳制造与先进传感技术、精密超精密加工与测试技术及装备等方面的研究，在高端MEMS传感器与核心芯片、纳米国家标准物质、大口径车磨复合加工机床、复杂型面精密超精密检测与仪器等技术领域做出了突出贡献，在微纳米技术相关基础理论、量子传感技术和生物检测技术及仪器等方面开展了创新性研究。获国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖2项，其他省部级奖励12项，并获光华工程科技奖、何梁何利科学与技术进步奖等。

https://cde.nus.edu.sg/ece/staff/lee-chengkuo-vincent/

LeeChengkuo，现任新加坡国立大学电子与计算机工程系副教授。主要研究领域为传感器、摩擦纳米发电机、微纳机电系统。在相关领域共发表近300篇国际期刊论文，文章引用次数超过25,000次，H-index达85。

文章信息

Liu Z, Tian B, Li Y, et al. A large-area bionic skin for high-temperature energy harvesting applications. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5699-6.

转自：“蔻享学术”微信公众号

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