手錶和便攜風扇由人體的體溫供應電力,這不是天方夜譚科學家研發出超薄而富彈性的熱力發電導體,可造出柔軟的穿戴式裝置,將人的體溫轉化為可再生能源。
全球各地為應對氣候變化而積極發展可再生能源和減少碳排,早就有科學家創出技術,用人體熱力發電啟動穿戴式電子裝置,但相關裝置使用的組件物料堅硬,而且生產程序複雜和成本高昂,因此難以普及。
澳洲昆士蘭科技大學最近開發出創新技術,克服了這個難題,成果在學術期刊《科學》發表。研究團隊採用低成本的創新技術,糅合溶劑加熱法、印刷術及燒結技術,開發出可以用「熱能發電油墨」大量印製的納米碲化鉍結晶薄片。這種薄片柔軟和具彈性,成為穿戴舒適而發電效率高的裝置。
負責撰寫研究論文的陳意文教授指出:「這種熱力發電結晶片薄而且有彈性,造成的電子裝置給予用家舒適的觸感,而且能夠有效地將體溫與周邊環境溫度的溫差轉為電力。」目前,大部分熱能發電裝置原型都採用碲化鉍製成。碲化鉍是一種可把熱能轉化為電力的半導體,但由此產生的電力只足以供測量心率、溫度等低用電量裝置使用。昆士蘭科技大學的研究團隊在這基礎上加以改良,加入「納米級接合物」,令碲化鉍薄片更穩定和持久。
團隊創製出大如A4紙、具延伸性的高效能熱力發電導體薄片,猶如袖珍發電機,然後接駁有銀電極板的測量儀器。在實驗中,設定的條件為皮膚表面與環境溫度相差20度。研究人員將上述裝置放於人體皮膚上,結果每平方公分面積錄得1.2毫瓦(milliwatts)發電量,顯示這種發電方式可應用在穿戴式裝置上。
該項突破性的技術以「溶劑加熱合成法」為核心,即在特定的高溫和壓力之下,在溶劑中合成納米碲化鉍結晶片。結晶片可印上顏色和圖案,大量印製,加熱至接近熔點時可與其他組件黏合。
由於該種結晶薄片富彈性,成本相對低。陳教授和團隊期望這技術可以廣泛應用到便攜式裝置,例如為智能手錶供電;亦可放入手提電話和電腦,以助機內的電子晶片降溫,避免裝置過熱而表現受影響。
另外,有關技術在個人化保溫管理方面亦有很大發展潛力,例如可將體溫轉為電力發動的便攜冷風機。研究團隊提倡業界進一步探討體熱發電技術,以及應用於其他物料的可行性。
據統計,歐盟於2019年有兩成住戶擁有冷氣機,當局推算全球的空調裝置將會在本世紀中增至56億部。至2050年,全球空調系統的耗電量將相當於中國整體用電量。科學家一直積極研發更有效的降溫方法,例如增加綠化地帶、建議民眾應對熱浪和防範中暑等。