研究人员开发了一种受斑马皮肤启发的新型热电发电机

热电发电机(TEG)是可以将温度梯度转换为电能的设备。这种设备对于为无法连接到主电网的远程传感器发电非常有用。传统的TEG由一侧(顶部或底部)组成，其辐射热量以冷却，另一侧从太阳或环境中吸收热量。

这反过来又会产生面外温度梯度，并将其转化为电能。然而，这样的要求往往使设计庞大、复杂且效率低下。这反过来又使TEG难以与其他组件或系统集成，限制了其在可再生能源系统中的应用。

幸运的是，来自韩国的研究人员现在可能已经找到了克服这些挑战的方法。在一项新的研究中，由光州科学技术大学(GIST)的Young Min Song教授领导的研究人员报告了一种新型灵活，轻便且可生物降解的TEG，其灵感来自一个不太可能的地方 - 斑马皮肤。从本质上讲，该设计使用类似于黑白斑马条纹的图案来创造用于发电的高平面内温度梯度。这一突破发表在《科学进展》上。

“传统的TEG设计又大又笨重，因为它们依赖于自然对流，这导致了面外温度梯度。这需要硬绝缘体，这限制了TEG在柔性和可穿戴设备中的应用。现在，我们已经在我们的设计中超越了这种范式，创造了一种灵活且可生物降解的平面内设备。这增加了其适用性，同时通过使其可扩展、可集成和可持续来减少对环境的影响，“宋教授解释说。

研究人员使用聚(L-丙交酯-co-ε-己内酯)(PLCL)，一种白色，柔性和可生物降解的材料，用于制造TEG。PLCL反射阳光并发出红外(IR)辐射，这使得它下面的区域是凉爽的。在这种材料之上，研究人员应用了黑色聚(3，4-乙烯二氧噻吩):p oly(苯乙烯磺酸盐)或(PEDOT：PSS)，它们看起来是黑色的，带出类似于斑马皮肤上的条纹对抗PLCL。

PEDOT：PSS呈现黑色的原因是它吸收了照射在其上的阳光，同时反射了来自其下方的红外辐射(由PLCL发射)。这反过来又增加了黑色条纹下方区域的温度，产生交替的暖区和冷区，即温度梯度，然后可以转化为电能。

研究人员在他们的设计中使用一系列硅纳米膜实现了这种转换。新颖的设计能够产生 22°C 的最大温差以及 6 μW/m² 的最大能量密度。此外，该设备完全生物降解，没有任何剩余的副产品，仅用了35天。

凭借这些卓越的特性，新的TEG设计肯定会为可扩展的环保能源系统打开大门。

“大流行导致一次性口罩和防护设备的广泛使用，对环境造成了巨大的影响。这突显了对可持续和环保解决方案的需求，例如TEG，可以将其整合到此类可穿戴设备中，以执行自发电和传感等专业功能，“宋教授说。

“由于其轻质和可生物降解的特性，我们的设计可以填补这一空白。它还可以无缝集成到各种能源和智能电网技术中，以进一步增强其功能和影响，“他总结道。

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