日本東海大學工學部材料科學科的高尻雅之教授帶領的研究團隊利用單層奈米碳管（CNT）薄膜，成功開發出了無需熱源，只需漂浮在水面上的CNT熱電發電器件。
將CNT發電器件放在70攝氏度的熱水上時的熱成像影像。藍色表示溫度低的部分，由圖可見在一個SWCNT膜内會產生溫度差。
熱電發電器件是一種將熱能轉換爲電能的器件，利用焦熱電材料内部產生的溫度差生成電壓和電力。高尻教授介紹說：「我們利用電子顯微鏡照片觀察CNT膜時發現有無數的縫隙，在思考能否充分利用這些縫隙時，想到了此次的器件。另外，CNT輕巧柔軟，並且具有優異的光吸收性，這些特性也適合製作熱電發電器件。」
製造CNT發電器件時，使用了柔軟的聚醯亞胺基底層（長80mm，寬60mm，厚125μm），並像千鳥格一樣交替鑽出24個孔（長4mm，寬5mm）。粘合CNT膜和基底層時，設置了有吸水孔的部分，以及使用基底層在水面與CNT膜之隔膜開從而無法吸收水的部分。當該發電器件漂浮在水面上時，各CNT膜内會形成冷卻的區域，由此成功地在相鄰元件之間產生了反向溫度差。
獲得的CNT膜的導熱率在膜的面内方向和麪外方向分別爲5.4及9.0×10-3W/m·K，這個值低於現有的CNT膜的導熱率，表明可以在薄膜内有效形成溫度梯度。
另外，研究團隊還利用細銅線連接各個CNT膜，評估了器件性能。爲測量發電器件的輸出特性，設定了水溫爲20攝氏度和70攝氏度、風速爲無風和3m/s、沒有類比陽光照射和每平方公尺有1kW類比陽光照射的條件。在標準環境條件（水溫爲20攝氏度、無風、無光照）下，一個CNT膜内產生2K的溫度，器件整體的輸出電壓約爲0.5mV，獲得的電力約爲1.5nW。測量時間爲60分鐘，在此期間基本保持了恆定的輸出。顯示出最高性能的是水溫爲70攝氏度、風速爲每秒3m、每平方公尺的光照爲1kW的環境，輸出電壓約爲15mV，獲得的最大電力爲1.3μW。
高尻教授介紹說：「此次開發的器件應該能成爲開發在沒有熱源的環境中使用的獨立電流源的基礎，比如管理水質和水量等的各種無線監測系統等。今後打算透過最適化器件結構來增加輸出特性。將來還有望實施利用人類汗水發電的器件，也考慮將其作爲可穿戴感測器的電流源使用。」
原文：《科學新聞》
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
