刘玮书课题组在“树叶”结构全柔性温差发电器件研究上取得新进展

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轻轻地我走了，正如我轻轻地来，我挥一挥衣袖，留下一点电！这不是诗人徐志摩对康桥离别的思念，而是南方科技大学材料科学与工程系副教授刘玮书课题组在柔性薄膜温差发电器件方向取得新进展的生动写照。相关成果以“Leaf‐Inspired Flexible Thermoelectric Generators with High Temperature Difference Utilization Ratio and Output Power in Ambient Air”为题发表在Wiley旗下期刊 Advanced Science 2021。
        热能无处不在，我们简单的呼吸，或者挥挥衣袖都能够产生环境温度的气度。热力学告诉我们，任何温差都是潜在的能源。然而怎样有效利用这些无处不在，却犹如诗人徐志摩所描绘的那样难以触及。
       刘玮书课题组从树叶凝结露珠的现象中获得灵感，设计并成功实现了“树叶”结构全柔性薄膜温差发电器件。当我们用手触摸这些小叶子，可以获得1 μW的电能，我们哈一口气可以获得 4μW的电能。如果戴在手臂上，挥一挥手臂，你能够得到11μW的电能。研究人员还利用传热理论和模型对该结构进行了模拟和优化。研究发现，这种结构设计将平面型器件转换为了垂直型器件，能够充分与周围的空气进行对流换热，大大提高了温差利用的效率和响应速度，对于温差发电能力有明显的提升。研究人员还系统地研究了器件尺寸及工作环境（如风温Tair、风速Vair）与温差利用率的制约关系。在室温环境使用条件下，“树叶”结构器件的温差利用率可维持85%左右。而相同条件下，传统商用温差发电模块仅仅只有9%。温差利用率是研究者首次提出了从系统层面评价温差发电器件建立温差能力的参数指标。

       近年来，随着可穿戴电子和物联网技术应用的兴起，柔性温差发电器受到越来越多的关注。柔性温差发电器基于热电材料的Seebeck效应，将随处可得的环境温差转换成源源不断的电能，为物联网传感器及智能穿戴设备供能，有望减少传统电池续航及潜在环境污染的烦恼。柔性热电器件在智慧能源方面有巨大发挥空间和巨大的商业价值。

       材料科学与工程系博士后周清、朱康为论文的共同第一作者，刘玮书为通讯作者。该工作得到了广东省创新团队、深圳市科技基础研究计划，深圳市科学技术基金等项目的支持，以及腾讯基金会的“科学探索奖”的支持。
       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202004947


          文章来源：南方科技大学
        刘玮书主要从事热电材料与器件研究，目前已经在Proc. Natl. Acad. Sci USA、Nat. Energy、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等学术期刊发表学术论文90余篇，论文总引用超过6000次，H指数38；已申请专利28项，获得授权中国专利16项、美国专利3项、国际专利1项，参与了两部英文专著中5个章节的编写；应邀在美国TMS、国际陶瓷年会CICC、中国热电大会等重要学术会议作特邀报告；获首届腾讯“科学探索奖”，深圳市孔雀计划人才（B类）； 任中国材料研究学会下属热电材料及应用分会理事，英国物理学会IoP旗下杂志Nanotechnology咨询委员会成员。