近日，芬蘭奧盧大學(xué)的白洋博士及其團(tuán)隊發(fā)展了一種新型的多功能材料，在同一材料上可同時將太陽能、熱能和動能轉(zhuǎn)化為電能。

人的周圍分散著很多耗散和浪費(fèi)掉的環(huán)境能量，如太陽能、環(huán)境中因溫度改變而產(chǎn)生的熱能，機(jī)器、人體運(yùn)動而產(chǎn)生的動能等。這些能量可以收集起來并轉(zhuǎn)化為可用的電能，用來供給便攜式或可穿戴設(shè)備（包括生物醫(yī)療傳感器、智能手表等）和其他無線傳感網(wǎng)絡(luò)（如物聯(lián)網(wǎng)、智能城市等）。這種將廢棄的環(huán)境能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)稱為能量采集技術(shù)，是將來可以取代電池的永久型電源，即在很長一段時間內(nèi)（至少20年以上）不用充電、不用更換、不用維護(hù)。

以當(dāng)前的能量采集技術(shù)發(fā)展水平，人們只能使用特定的材料去轉(zhuǎn)化指定的能量形式。比如，基于半導(dǎo)體材料的太陽能板只能用來采集太陽能和其他可見光能，利用電磁效應(yīng)（如發(fā)電機(jī)、風(fēng)電機(jī)等）只能采集動能（或稱為機(jī)械能），特殊的合金材料采集熱能等等。

然而，在現(xiàn)實中很多情況下，只采集單一的能量形式是不夠的。特定的一種能量不可能時時刻刻存在。例如在室內(nèi)或陰雨天，可利用的太陽能只有晴天時的0.04%至1%，并且太陽能板在夜晚不能工作；環(huán)境溫度在一天中并不總是時時刻刻變化；人們需要休息，不是每時每刻運(yùn)動來產(chǎn)生動能。因此，能量采集技術(shù)必須發(fā)展一種新的材料，可用來同時采集不同形式的能量，以達(dá)到最高的效率及環(huán)境能量利用率。

鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的材料具有采集不同形式能量的潛質(zhì)，但并不能同時采集。某些類型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料善于采集太陽能，但是不能有效采集動能或熱能；另一些則相反，善于采集動能及熱能，但不能吸收太陽能中的可見光部分，即太陽光中的大部分能量。

白洋博士等人發(fā)現(xiàn)，KNBNNO材料是對當(dāng)前鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料的一種突破。KNBNNO是材料中6種化學(xué)元素的縮寫，即代表鉀、鈉、鋇、鈮、鎳、氧。這種新型的材料同時具備優(yōu)良的壓電及熱釋電性能，用來有效采集動能和溫度波動產(chǎn)生的熱能，并適用于可見光范圍內(nèi)半導(dǎo)體禁帶的帶寬，用于有效吸收可見光。他們僅利用同一材料即可收集三種不同形式的能量，大大提高了能量采集技術(shù)的效率及實用發(fā)電能力，并可以大大簡化傳統(tǒng)多源能量采集器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低設(shè)計及生產(chǎn)的成本。當(dāng)陰雨天或夜晚不能采集太陽能時，該材料可以采集因溫度改變而產(chǎn)生的熱能；這種材料在人們休息時可以采集太陽能；在熱能和太陽能都很少的時候，可以通過人體運(yùn)動來彌補(bǔ)能量的不足，可以看作是一種萬能的能量采集材料。

正如上文提到的，這種新型的多功能材料可作為電池的補(bǔ)充，甚至取代電池成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)及可穿戴設(shè)備的永久性電源，大幅度延長設(shè)備的待機(jī)時間，無需頻繁充電。相關(guān)成果近期發(fā)表在Advanced Materials 上，第一作者和通訊作者均為白洋博士。

該研究得到歐盟地平線2020計劃提供的資金支持。

來源：X一MOL資訊