このほど、中国科学院化学研究所科学研究チームの最新の研究成果が国際学術誌「サイエンス」に掲載された。彼らが開発した特殊プラスチック熱電フィルム素材は、人体と外界の温度差によって熱エネルギーを生成することができ、その中心となる指標は同様の素材の世界記録を樹立しています。
このプラスチック熱電フィルムはプラスチックの柔軟性を持ち、自由に曲げることができます。使用時、片面は人体に密着し、もう片面は外界と接触します。両面の温度差を利用して熱電変換を行い、人体の熱を効率よく集めて発電します。
研究開発の主な難しさは、材料の導電性と断熱性のバランスが難しいという業界の問題を解決することです。材料は、電気を発生させるための電子の流れを確保するために良好な導電性を備えている必要があり、また、両面間の温度差を維持するために優れた断熱性を備えている必要があります。これら 2 つの特性は本質的に矛盾しています。
科学研究チームは、一般的な炭素系材料の特性を突破口として利用し、木炭の原子は無秩序に配置されており、断熱性は高いが、導電性が低いことを発見しました。黒鉛は原子が規則的に配列しており、導電性に優れていますが、断熱性は弱いです。これが導電性と断熱性の両立が難しい根本的な理由でもあります。
最終的にチームは、不規則な多層の細孔構造を設計することで問題を解決しました。この構造はスポンジに似ており、さまざまなサイズや形状の穴がたくさんあります。熱に触れると層ごとにブロックされ、失われることはありません。ただし、電子は内部の「グリーン チャネル」内をスムーズに移動できるため、材料は断熱性と伝導性の二重コア要件を完全に満たすことができます。
着用の安全性に関しても、このフィルムは総合的な保護設計を備えています。デバイスの外層は絶縁材料でできており、膜の内側は電子の指向性透過を実現できます。
試験データによると、フィルムを皮膚に貼り付けたり、衣服に接触させたりしても電流漏れがなく、漏れやショートの問題が完全に回避されます。内部の導電性構造は、人体の熱を電気エネルギーに変換し、充電される電子機器に方向性を伝達することのみを担当します。
科学研究チームは、発電効率の観点から、スマートウォッチ、Bluetoothヘッドセット、ブレスレットなどの小型携帯機器の最適化と充電を継続していきます。将来的には、携帯電話に継続的に電力を供給できるようになるかもしれません。