科技日報記者 張夢然
熱電設備有多種用途，但要充分利用它們?nèi)匀淮嬖谡系K。通過結合有機材料的獨特能力，日本九州大學科學家成功開發(fā)出一種全新有機熱電裝置，無需存在溫差就能從環(huán)境中收集熱量。研究結果發(fā)表在19日《自然·通訊》雜志上。
現(xiàn)有熱電設備或熱電發(fā)電機是一種產(chǎn)生能量的材料，需要存在溫度差異，即設備一側的溫度比另一側要高，才能將熱量轉化為電能。此類設備也因其在收集廢熱方面的潛在用途而成為研發(fā)的重點。
此次，研究團隊研制出一種可在室溫下，從日常環(huán)境中收集熱量的熱電裝置。他們專注于有機化合物的應用，許多有機化合物可以輕松地在彼此之間傳遞能量。但關鍵是找到能夠作為電荷轉移界面的化合物，這樣它們才互相轉移電子。在測試了多種材料后，該團隊發(fā)現(xiàn)了兩種可行的化合物：酞菁銅（CuPc）和全氟酞菁銅（F16CuPc）。
為了改善新界面的熱電性能，團隊還加入了富勒烯和空穴阻擋材料（BCP），這些是電子傳輸?shù)牧己么龠M劑。將這些化合物添加在一起可顯著提高器件的功率。最后，他們得到了一個優(yōu)化的器件，具有180納米的酞菁銅層和320納米的全氟酞菁銅層、20納米的富勒烯和20納米的BCP。
該器件具有384毫伏的開路電壓、1.1微安/厘米2的短路電流密度，最大輸出為94納瓦/厘米2。此外，所有這些結果都是在室溫下實現(xiàn)的，無需存在溫度差異。如果增加器件的面積，還可能實現(xiàn)更高的電流密度。
這種新熱電裝置可將生活環(huán)境中豐富的室溫熱量轉化為可用的電能。由于不需要溫度差異，意味著不需要冷卻裝置，因此該設備可以做得很緊湊。
總編輯圈點：
熱電發(fā)電機最著名的用途，是在太空探測器中。例如火星上的“好奇”號探測器，其“身體”中的放射性同位素產(chǎn)生熱量，為熱電裝置提供溫差，進而提供動力。然而，由于生產(chǎn)成本高、能源效率低以及相對高溫條件等問題，熱電裝置一直未得到充分利用。現(xiàn)在科學家研制出了可從室溫條件下收集熱量的方法。這種熱量在生活環(huán)境中極為豐富，卻一度被認為是“不可能被收集的能源”，現(xiàn)在它們終于要展現(xiàn)出應有的潛力。
