材料百态

日前，哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院张倩教授、毛俊教授团队在塑性热电材料领域取得新突破：他们发现铋化镁单晶在室温下兼具出色的塑性变形能力与优异热电性能。相关成果10日发表在国际期刊《自然》上。

01 可弯折、扭曲的铋化镁单晶

研究团队制备出厘米级高品质铋化镁单晶。“铋化镁单晶可以在室温下轻松实现弯折、扭曲等多种类型的塑性形变。”张倩介绍，优化后的铋化镁单晶在室温下还表现出优异的热电性能，优于目前的塑性半导体材料。

据介绍，该种塑性热电材料可用于开发柔性热电器件，主要面向人体体温发电与体温控制等应用场景。

02 神奇的人体体温发电技术

体温发电是一种利用身体表面与外界环境的温度差异来发电，为电子设备摆脱传统供电方式提供了可能。2007年，德国弗朗霍夫集成电路研究所的科学家就探索了这项新技术，他们通过半导体，利用温差来获取电能。温差发电的基本原理是“泽贝克”效应，即两种不同的金属连接起来构成一个闭合回路时，如果两个连接点的温度不一样，就能产生微小的电压。

2016年，美国北卡罗来纳州立大学研究人员发明了一种“充电贴”，能方便地把身体散发的热量转化为电能。它只有２毫米厚，可以随意折叠，底层是热传导材料，紧紧贴合皮肤，上面覆盖着一层聚合体材料薄膜，防止热量散失。这样的结构可以“强迫”热量穿过其中的温差发生器，从而将热量转化为电能。

03 体温发电技术在我国的突破

2018年，中科院金属研究所研制出能够利用体温发电的新材料，这种新材料不足一指宽、0.1毫米厚的单片灰色软质薄膜，贴在人体手腕处，所连接的测量电表上立刻显示出有明显输出电压。将为蓝牙耳机、健康监测器、手表、智能手环等可穿戴电子设备供电。

使用人体体温发电时，体温与环境温度相差15摄氏度左右时可实现微瓦——毫瓦量级发电量，发电效果随着温差的增大而提高，特别是当人体运动时消耗生物化学能产生热量或是北方地区室外年平均温度低于20摄氏度的时候。只要有温差存在就可以发电，体温高于环境温度或是环境温度高于体温都可以。

而利用上述新材料制成的薄膜电池，即“柔性、可裁剪碲化铋/纤维素复合热电薄膜电池”，将高性能碲化铋热电材料与低成本纤维素纸进行网络结构复合，同时具有优异的变形能力，能够充分贴合复杂曲率变化的人体体表，并维持与周围环境的温差，从而提升热能转换效率，可应用于新一代低功耗微系统供电技术。

随着可穿戴电子产品的发展，国内外科学家近年来开始关注柔性热电材料与器件的研究。

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