新技術：体熱を利用してウェアラブルデバイスに電力を供給する超薄膜

      フレキシブル熱電薄膜技術の新たな進展は、次世代のウェアラブルデバイスと冷却ソリューションに道を開く可能性がある。クイーンズランド科学技術大学（QUT）の研究者は、柔軟性、製造性、性能に関する長期的な課題を解決する柔軟性フィルムを作成した。

オーストラリアの研究者は、人体の熱を利用してウェアラブルデバイスに電力を供給することができる超薄型フレキシブルフィルムを設計し、電池への需要を解消した。この技術はスマートフォンやパソコンの電子チップを冷却することもでき、長年着実に発展してきたこの分野が大きな進展を遂げたことを示している。この突破は、エネルギー収集と熱管理に専念する世界中の研究チームが行っている基礎的な仕事の上に構築されている。

長い間、温度差を電気エネルギーに変えることができる熱電設備は、ウェアラブル電子機器に求められてきた。しかし、柔軟で効率的で商業的に実行可能なバージョンを作るのは難しい。限られた柔軟性、複雑な製造プロセス、高いコストと不足した性能は、ウェアラブル電子機器とハイエンド冷却用途におけるフレキシブル無機熱電半導体装置の規模化と商業化の障害である。

クイーンズランド科学技術大学の陳志剛教授とそのチームは、これらの難題を解決したようだ。彼らの研究成果は『サイエンス』誌に発表され、フレキシブル熱電薄膜を生産するための高価格比技術を紹介した。革新の鍵は、微小結晶または「ナノバインダー」を用いて、一貫したテルル化ビスマス薄膜を形成し、効率と柔軟性を高めることにある。

研究チームの方法は溶熱合成、スクリーン印刷、焼結技術を統合した。溶熱合成は高温高圧下で溶媒中にナノ結晶を生成することであり、スクリーン印刷は大規模に薄膜を生産することができる。焼結プロセスはフィルムを融点に近くまで加熱し、粒子を効果的に結合する。

このようにして生成された印刷可能なフィルムは、高配向結晶粒としてのBiタンタルTeタンタル系ナノプレートと、ナノバインダーとしてのTeナノロッドとからなる。フレキシブル熱電デバイスとして組み立てる場合、フィルムの電力密度はスクリーン印刷デバイスの中で上位にランクされる。

クイーンズランド科学技術大学チームの方法は、ビスマステルル化物に基づく熱電技術に限定されない。この研究の第一著者である陳文怡（Wenyi Chen）氏は、彼らの技術はセレン化銀熱電システムなどの他のシステムにも使用でき、後者はより安価で持続可能である可能性があると指摘した。

この技術は一連の潜在的な応用分野を開拓した。陳教授は「フレキシブル熱電設備は皮膚に快適に装着でき、人体と周囲の空気との温度差を効果的に電気エネルギーに変えることができる」と話した。

このフィルムは、ウェアラブル電子機器に電力を供給するだけでなく、個人の熱管理にも使用できます。例えば、フレキシブルな熱電デバイスを織物に統合することは、寒い環境のために自己電力を供給する加熱衣類を製造するために使用することができるインテリジェントな衣類のための新たな可能性を開く。

初期の研究により、フレキシブル熱電半導体装置は各業界のエネルギー収集と熱管理に革新的なソリューションを提供できることが明らかになった。自動車業界では、フレキシブルな熱電デバイスを自動車に統合し、自動車内部と外部の温度差を利用して、自動運転のバッテリフリー距離検出センサーに電力を供給することができる。これらの装置はまた、排気管や他の発熱部品からエネルギーを取得することができ、燃費を向上させ、排出を削減することができる。

医療分野もこの技術から大きな利益を得ることができる。フレキシブル熱電設備は体熱を利用して植込み式医療設備に電力を供給することができ、それにより電池を交換する必要がなく、合併症のリスクを下げることができる。また、フレキシブル熱電設備は連続的で非侵襲的な体温モニタリングシステムを実現し、健康モニタリングに貴重なデータを提供することができる。

より広い範囲で、フレキシブル熱電設備はインフラから廃熱を収集する可能性がある。配管、機械、または建築部品の曲げ表面を貼り合わせることにより、これらの設備は以前開発されていなかった熱源を利用して発電することができ、それによって建築と工業プロセスのエネルギー効率を高めることができる。