隱藏的天賦：用鉛筆和紙把熱能轉換成電能

摘要：熱電材料可以利用溫差產生電。現在有一種廉價和環保的方法，用最簡單的元件製造它們：普通的鉛筆、複印紙和導電塗料足以通過溫差效應將溫差轉化為電能。

實驗的草圖 來源：亥姆霍茲柏林

熱電效應沒有什麼新的概念—這是大約200年前由Thomas J. Seebeck發現。如果兩種不同的金屬結合在一起，一種金屬比另一種金屬溫度更高，就會產生一種電壓。這種效應使餘熱部分轉化為電能。餘熱是幾乎所有技術和自然的過程的副產品，例如發電廠、每個家用電器，還有人體。這是世界上最未被充分利用的能源之一，而通常是沒有什麼用處的。

微小的影響

不幸的是，熱電效應的效用很小，在普通金屬中是非常小的。這是因為金屬不僅具有很高的導電率，而且具有很高的導熱性，因此，溫度的差異很快會消失。儘管熱電材料的導電率很高，但它們需要低的熱導率。由無機半導體材料如碲化鉍製成的熱電設備現在已經應用在某些技術中。然而，這種材料系統昂貴，它們的應用只能在某些情況下獲利。例如，基於碳納米結構的柔性、無毒、有機材料也正在研究用於人體。

HB鉛筆和共聚合物清漆

Norbert Nickel教授領導的研究小組的研究已經表明，這個效應可以更簡單的獲得：用普通的HB鉛筆，在普通複印紙上用鉛筆覆蓋一個小面積。作為第二種材料，他們將透明導電共聚合物塗料（PEDOT：PSS）應用在表面上。

一切都是紙上的鉛筆痕迹提供一個電壓比其他更昂貴的納米複合材料是目前用於柔性熱電元件。這種電壓可以通過在鉛筆中加入一些硒化銦增加10倍。

熱傳導不良的原因

研究人員使用掃描電子顯微鏡和光譜方法（拉曼散射）在研究了石墨和共聚合物塗膜。 Nickel解釋說：「結果對我們來說也是非常令人驚訝的」。但是我們現在已經找到了解釋這種現象為什麼如此有效的原因：紙上的鉛筆沉積形成了無序的石墨薄片、石墨烯和粘土表面。雖然這隻會略微降低導電率，但熱量傳輸的效率要更低。

展望：紙上印刷柔性元件

這些簡單的成分將來可能會被用於在極便宜、環保、無毒的紙張上列印熱電元件。這種微小而靈活的部件也可以直接用於人體，並且可以利用人體的熱量來操作小型設備或感測器。

原文來自sciencedaily，原文題目為Hidden talents: Converting heat into electricity with pencil and paper，由材料科技在線團隊翻譯整理

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