研究人员发明了一种柔性半导体，可以通过原子空位工程有效地将人体热量转化为电能。这一创新为可穿戴设备开辟了新的可能性，结合了灵活性和高热电性能。
昆士兰科技大学（QUT）的研究人员发现了一种新材料，可以作为可穿戴设备的柔性半导体。他们的方法集中在操纵原子之间的空间，即晶体结构中的“空位”。
在著名的《自然通讯》杂志上发表的一项研究中，该团队展示了“空位工程”如何显著提高AgCu（Te，Se，S）半导体的性能，AgCu是一种由银、铜、碲、硒和硫组成的合金。通过仔细控制原子空位，他们增强了材料将身体热量转化为电能的能力，这是为可穿戴技术提供动力的关键功能。
空位工程涉及在晶体中有意地创造和管理空原子位置。通过调整这些空位，研究人员可以改变材料的机械、电气和热性能，从而实现更有效的能量转换和更高的灵活性等创新。
除第一作者李南海（音译）外，参与这项研究的昆士兰科技大学研究人员还包括石晓蕾（音译）博士、刘思奇、曹天一、张敏、吕万宇、刘伟迪、齐东辰（均为音译）和陈志刚（音译）教授，他们都来自ARC碳中和零排放发电研究中心、昆士兰科技大学化学与物理学院和昆士兰科技大学材料科学中心。
柔性半导体的合成
《自然通讯》的文章详细介绍了QUT研究人员在先进计算设计的指导下，通过一种简单且经济有效的熔化方法合成柔性AgCu（Te, Se， S）半导体的过程。李南海说，精确控制材料的原子空位不仅提高了其将热转化为电的能力，而且还赋予了材料优异的机械性能，这意味着它可以以不同的方式成型，以适应更复杂的实际应用。
为了展示这种材料的实际应用潜力，研究人员基于这种材料设计了几种不同的微柔性设备，这些设备可以很容易地附着在人的手臂上。
解决可穿戴技术的关键挑战
李南海说，这项研究解决了提高AgCu（Te, Se， S）半导体的热电转换能力的挑战，同时仍然保持柔性和可拉伸性，这是可穿戴设备所期望的特性。
他说：“热电材料在过去几十年里引起了广泛关注，因为它们具有将热量转化为电能而不产生污染、噪音和不需要活动部件的独特能力。”
“作为一个持续的热源，人体与周围环境产生一定的温差，当我们运动时，会产生更多的热量，人体与环境之间的温差也会更大。”
陈志刚教授表示，随着柔性电子技术的迅速发展，对柔性热电器件的需求显著增长，而昆士兰科技大学的研究人员处于这一领域的研究前沿。
在最近发表在《科学》杂志上的另一项研究中，陈教授和来自ARC碳中和零排放发电研究中心的研究人员开发了一种超薄柔性薄膜，可以利用人体热量为下一代可穿戴设备供电，从而消除了对电池的需求。
柔性热电器件的未来
“推进柔性热电技术的关键是研究广泛的可能性，”陈志刚教授说。
“主流的柔性热电器件目前使用无机薄膜热电材料、沉积在柔性衬底上的有机热电材料以及两者的混合复合材料制造。”
“有机材料和无机材料都有其局限性 —— 有机材料通常性能较低，而无机材料提供更好的导热性和导电性，但它们通常很脆，不灵活。”
“在这项研究中使用的半导体类型是一种罕见的无机材料，具有惊人的柔性热电性能潜力。然而，迄今为止，提高其性能同时保持优异塑性的潜在物理和化学机制，在很大程度上仍未被探索。”
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