将日常环境中的丰富热量利用起来
室温下收集能量的有机热电装置问世
张梦然
热电设备有多种用途，但要充分利用它们仍然存在障碍。通过结合有机材料的独特能力，日本九州大学科学家成功开发出一种全新有机热电装置，无需存在温差就能从环境中收集热量。研究结果发表在19日《自然·通讯》杂志上。
现有热电设备或热电发电机是一种产生能量的材料，需要存在温度差异，即设备一侧的温度比另一侧要高，才能将热量转化为电能。此类设备也因其在收集废热方面的潜在用途而成为研发的重点。
此次，研究团队研制出一种可在室温下，从日常环境中收集热量的热电装置。他们专注于有机化合物的应用，许多有机化合物可以轻松地在彼此之间传递能量。但关键是找到能够作为电荷转移界面的化合物，这样它们才互相转移电子。在测试了多种材料后，该团队发现了两种可行的化合物：酞菁铜（CuPc）和全氟酞菁铜（F16CuPc）。
为了改善新界面的热电性能，团队还加入了富勒烯和空穴阻挡材料（BCP），这些是电子传输的良好促进剂。将这些化合物添加在一起可显著提高器件的功率。最后，他们得到了一个优化的器件，具有180纳米的酞菁铜层和320纳米的全氟酞菁铜层、20纳米的富勒烯和20纳米的BCP。
该器件具有384毫伏的开路电压、1.1微安/厘米2的短路电流密度，最大输出为94纳瓦/厘米2。此外，所有这些结果都是在室温下实现的，无需存在温度差异。如果增加器件的面积，还可能实现更高的电流密度。
这种新热电装置可将生活环境中丰富的室温热量转化为可用的电能。由于不需要温度差异，意味着不需要冷却装置，因此该设备可以做得很紧凑。
【总编辑圈点】
热电发电机最著名的用途，是在太空探测器中。例如火星上的“好奇”号探测器，其“身体”中的放射性同位素产生热量，为热电装置提供温差，进而提供动力。然而，由于生产成本高、能源效率低以及相对高温条件等问题，热电装置一直未得到充分利用。现在科学家研制出了可从室温条件下收集热量的方法。这种热量在生活环境中极为丰富，却一度被认为是“不可能被收集的能源”，现在它们终于要展现出应有的潜力。
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