日本东海大学工学部材料科学科的高尻雅之教授带领的研究团队利用单层碳纳米管（CNT）薄膜，成功开发出了无需热源，只需漂浮在水面上的CNT热电发电器件。
将CNT发电器件放在70摄氏度的热水上时的热成像图像。蓝色表示温度低的部分，由图可见在一个SWCNT膜内会产生温度差。
热电发电器件是一种将热能转换为电能的器件，利用热电材料内部产生的温度差生成电压和电力。高尻教授介绍说：“我们利用电子显微镜照片观察CNT膜时发现有无数的缝隙，在思考能否充分利用这些缝隙时，想到了此次的器件。另外，CNT轻巧柔软，并且具有优异的光吸收性，这些特性也适合制作热电发电器件。”
制造CNT发电器件时，使用了柔软的聚酰亚胺基板（长80mm，宽60mm，厚125μm），并像千鸟格一样交替钻出24个孔（长4mm，宽5mm）。粘合CNT膜和基板时，设置了有吸水孔的部分，以及使用基板在水面与CNT膜之间隔开从而无法吸收水的部分。当该发电器件漂浮在水面上时，各CNT膜内会形成冷却的区域，由此成功地在相邻元件之间产生了反向温度差。
获得的CNT膜的导热率在膜的面内方向和面外方向分别为5.4及9.0×10-3W/m·K，这个值低于现有的CNT膜的导热率，表明可以在薄膜内有效形成温度梯度。
另外，研究团队还利用细铜线连接各个CNT膜，评估了器件性能。为测量发电器件的输出特性，设定了水温为20摄氏度和70摄氏度、风速为无风和3m/s、没有模拟阳光照射和每平方米有1kW模拟阳光照射的条件。在标准环境条件（水温为20摄氏度、无风、无光照）下，一个CNT膜内产生2K的温度，器件整体的输出电压约为0.5mV，获得的电力约为1.5nW。测量时间为60分钟，在此期间基本保持了恒定的输出。显示出最高性能的是水温为70摄氏度、风速为每秒3m、每平方米的光照为1kW的环境，输出电压约为15mV，获得的最大电力为1.3μW。
高尻教授介绍说：“此次开发的器件应该能成为开发在没有热源的环境中使用的独立电源的基础，比如管理水质和水量等的各种无线监测系统等。今后打算通过优化器件结构来增加输出特性。将来还有望实现利用人类汗水发电的器件，也考虑将其作为可穿戴传感器的电源使用。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
