我們?nèi)粘Ｉ钪械奈矬w，如揚(yáng)聲器，冰箱，甚至汽車，日益變得“智能”，因?yàn)樗鼈冞B接到互聯(lián)網(wǎng)并交換數(shù)據(jù)，創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)(IoT)，這是物體本身之間的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于基于物聯(lián)網(wǎng)的社會(huì)，預(yù)計(jì)小型熱電發(fā)電機(jī)可以為這些物體充電，特別是那些便攜和可穿戴的物體。

由于諸如其相對(duì)低的導(dǎo)熱性但是高導(dǎo)電性的優(yōu)點(diǎn)，硅納米線已經(jīng)成為有希望的熱電材料。硅基熱電發(fā)生器通常采用約10-100納米的長(zhǎng)硅納米線，其懸浮在空腔上以切斷熱流的旁路并確保硅納米線上的溫差。然而，腔結(jié)構(gòu)削弱了器件的機(jī)械強(qiáng)度并增加了制造成本。

為了解決這些問題，來自早稻田大學(xué)，大阪大學(xué)和靜岡大學(xué)的日本研究人員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并成功開發(fā)了一種新型硅納米線熱電發(fā)電機(jī)，實(shí)驗(yàn)證明每1平方厘米有12微瓦的高功率密度，足以驅(qū)動(dòng)傳感器或?qū)崿F(xiàn)間歇性無線通信，只有很小的熱差。

“由于我們的發(fā)電機(jī)采用相同的技術(shù)制造半導(dǎo)體集成電路，其加工成本可以在很大程度上通過大規(guī)模生產(chǎn)來削減，”本研究的主要研究員早稻田大學(xué)教授Takanobu Watanabe說。“此外，它可以開辟通往各種自主驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的途徑，利用環(huán)境和體溫。例如，有朝一日可能會(huì)在早晨慢跑時(shí)為智能手表充電。”

新開發(fā)的熱電發(fā)電機(jī)失去了腔體結(jié)構(gòu)，而是將硅納米線縮短到0.25納米，因?yàn)槟M顯示通過最小化器件改善了熱電性能。Watanabe教授解釋說，盡管新結(jié)構(gòu)，新型熱電發(fā)電機(jī)的功率密度與傳統(tǒng)設(shè)備相同。更令人驚訝的是，通過背面研磨將發(fā)生器的硅襯底從傳統(tǒng)的750納米減薄到50納米，熱阻被抑制，功率密度乘以10倍。

雖然研究團(tuán)隊(duì)需要在各種條件下提高固定發(fā)電發(fā)電機(jī)的質(zhì)量，但Watanabe教授希望本研究所取得的成果將有助于支持基于物聯(lián)網(wǎng)的社會(huì)中的電力技術(shù)。