新型热电发电机：为完成自供电的物联网设备开辟新途径！

导读

近日，日本早稻田大学、大阪大学、静冈大学的研讨人员胜利开发了一种新型硅纳米线热电发电机，它具有较高的功率密度，且只需很小的温差，就足以驱动传感器或者完成间歇的无线通讯。

背景

我们日常生活中越来越多的设备，例如扬声器、冰箱、汽车等等，“智能化”的水平都在日益增长。它们变得能够衔接网络并且交流数据，构成了所谓的“物联网”（IoT）。望文生义，物联网就是指各种物理对象之间的联网，简单说就是“物物互联”。

（图片来源于：维基百科）

随着人类逐步向“物联网”社会迈进，物联网设备的“供电”问题显得越来越重要。采用电池的传统供电计划存在着一些弊病，例如：续航时间短、需求重复充电、完整性问题等。为此，笔者引见过许多“自供电”计划，无需电池就能够为设备供电，其中一种十分典型的计划就是：小型化的“热电发电机”，它们特别合适“便携式”和“可穿戴”的物联网设备。

（图片来源：北卡罗莱纳州立大学）

由于导热率相对较低，但是导电率相对较高，硅纳米线逐步成为一种颇具前景的热电资料。依照惯例，基于硅的热电发电机遇采用约10纳米到100纳米的较长的纳米线，挂在腔体之上，用于切断旁路的热电流和保障纳米线上的温度差别。但是，腔体结构削弱了设备的机械强度，也增加了制造成本。

创新

为理处置上述问题，来自日本早稻田大学、大阪大学、静冈大学的研讨人员设计并胜利开发了一种新型硅纳米线热电发电机。实验表明，它具有高达12微瓦/平方厘米的功率密度，只需很小的温差，就足以驱动传感器或者完成间歇的无线通讯。

技术

传统的热电发电机（左）与新开发的热电发电机（右）

（图片来源：早稻田大学）

这种新开发的热电发电机去掉了腔体结构，取而代之的是将纳米线减短至0.25纳米。仿真显现，设备的小型化能够改善热电性能。Watanabe 教授解释道，新的热电发电机除了具有新的结构，同时也具有与传统设备一样的功率密度。更令人惊喜的是，热变电阻得到了抑止，经过背面减薄工艺，热电机的硅基底从传统的750纳米变薄为50纳米，功率密度变为原来的10倍。

价值

早稻田大学教授、这项研讨的首席研讨员 Takanobu Watanabe 表示：“由于我们的发电机采用了与制造半导体集成电路同样的技术，其量产加工成本能够极大地削减。同样，它也为通往各种应用环境和身体热量的自供电物联网设备开辟一条新途径。例如，有朝一日，它将经过晨跑为你的智能手表充电。”

研讨团队将会进一步改善发电机的性能，使之能够在各种条件下能够稳定地发电。Watanabe 希望，这项研讨的成果将促进物联网设备供电技术的展开。

关键字

热电发电、物联网、可穿戴

参考资料

【1】https://www.waseda.jp/top/en-news/60151