科学研究

深圳大学陈光明特聘教授课题组在Nano Energy发表新型柔性热电器件研究论文

发表于: 2021-10-11 10:56 点击:

近日,深圳大学材料学院陈光明教授课题组在期刊《Nano Energy》(影响因子:16.602,中科院一区)上发表“A flexible spring-shaped architecture with optimized thermal design for wearable thermoelectric energy harvesting”的研究论文。该论文第一作者为深圳大学材料学院博士后吕海财,通讯作者为国家纳米科学中心的王汉夫副研究员以及深圳大学材料学院刘卓鑫助理教授和陈光明特聘教授。深圳大学材料学院为第一完成单位。

热电器件可实现热能和电能的直接相互转换,在废热和低品质热的有效利用方面具有不可替代性,广泛应用于发电、局部制冷、传感和可穿戴电子等方面。本研究以柔性电子和可穿戴设备的能源供给需求,通过利用人体与周围环境之间的温差来提供驱动力,构筑了以单壁碳纳米管(SWCNT)为基材的柔性可穿戴类弹簧结构的新型温差发电器件(Seebeck效应),将温差能量直接转换为电能以实现自供能

其中P型和N型材料的制备分别由SWCNT的氧掺杂形成空穴传输(P型)和聚乙烯亚胺(PEI)高分子掺杂形成电子传输(N型)实现。柔性器件的制备流程:① 3D打印设计结构,② 硅胶翻模,③ 浇铸低熔点石蜡膜具,④ 聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性包覆,⑤去除石蜡膜具,⑥形成空气夹层热电器件,成功构筑了具有柔性可弯曲性和施加垂直方向温差的可压缩性类弹簧型热电器件。另外,结合人体皮肤的生物传热、界面导热、器件内部导热及器件与环境之间的平板对流传热的能量传输路径,建立了可穿戴自供能器件从人体-器件-环境之间的能量输运的热阻匹配模型机理,获得了人体可穿戴的类弹簧型柔性自供能温差热电机,在30K温差下,器件输出电功率为749 nW,对应的输出功率密度为416.22 nW cm-2

上述研究工作得到深圳市科创委基础研究重点项目(No. JCYJ****0109****04088)的资助。

文章链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106260





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