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光测未来±0.001℃制冷片温控器助力南京大学发表《Joule》顶刊论文:柔性热电薄膜用于植物液流监测

发表时间:2026-05-29 16:30作者:SenseFuture光测未来

近日,国际顶级能源类期刊《Joule》(Cell 旗下,影响因子 > 30)发表了一项重要研究成果:《Flexible freestanding Ag₂Se thermoelectric films with high performance for sap flow monitoring》该研究由南京大学陆延青教授、王瑜教授团队与深圳大学陈光明教授团队合作完成。

在该研究中,光测未来TEC215L温控器被成功应用于热电性能测试与植物液流监测实验平台,为实验提供了±0.001°C的精密温度控制,有力保障了柔性热电器件输出性能数据的准确性与重复性。

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图1:本工作制备的柔性热电器件归一化功率密度(4.63 μW·cm⁻¹·K⁻²)远超多数文献报道值(论文Fig. 4G)。TEC215L温控器为器件在不同温差下的精确测试提供了可靠保障。


研究背景:柔性热电的“不可能三角”

柔性无机热电材料可直接将废热转化为电能,在可穿戴设备、物联网传感器等领域前景广阔。然而,同时实现高柔性、高热电性能、高功率输出一直是领域内的长期挑战。传统方法将无机薄膜沉积于聚合物基底,但基底导致厚度受限(<1 μm)、内阻大、功率密度低。而自支撑薄膜虽可避免基底,但往往需高温熔融或高含量碳填料(如碳纳米管CNT),牺牲热电性能。


技术创新:极低CNT含量实现柔性+高性能

研究团队通过精妙的微观结构设计,制备了Ag1.8Se / CNT 自支撑复合薄膜:

  • CNT含量仅 0.9 wt% —— 迄今最低之一

  • 功率因子高达20.9 μW·cm-1·K-2(380 K)

  • 可承受2 mm 弯曲半径下 20,000 次循环,性能保持 >95%

这一突破归功于:

  1. 优化的 Ag/Se 摩尔比(1.8),获得单一 Ag2Se 高导电相;

  2. 选用 DMF 溶剂,实现 Ag1.8Se 纳米线与 CNT 的均匀共分散;

  3. CNT 网络提供机械支撑,并形成 Ag1.8Se/CNT 界面,产生能量过滤效应,提升 Seebeck 系数。

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图2:Ag1.8Se/CNT薄膜在2 mm弯曲半径下循环20,000次后,电导率、Seebeck系数、功率因子保持率分别达94%、101%、95%(论文Fig. 3G)。TEC215L温控器为每次弯曲后的性能复测提供了稳定热环境。


器件性能:归一化功率密度创纪录

研究团队将薄膜组装为5腿串联柔性热电器件,在50 K温差下:

  • 开路电压 35.65 mV

  • 最大输出功率 15.4 μW

  • 功率密度 77.1 W·m-2

  • 归一化功率密度 4.63 μW·cm-1·K-2 —— 优于绝大多数已报道柔性热电器件


应用演示:植物液流监测与自供电系统

作为概念验证,团队将热电器件贴在植物茎干和叶片上:

  • 传感模式:加热片产生局部升温,液流通过对流换热产生温差,热电传感器输出电压,电压大小与液流速率线性相关,极性指示液流方向。最小可检测温差低至0.027 K(输出4.2 μV)。

  • 能量收集模式:利用太阳照射引起的叶片温差,通过另一热电模块发电,为无线传感节点供电,实现自供电液流监测。

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图3:柔性热电器件贴附于植物叶片,利用日照温差实现自供电(论文Fig. 5I)。TEC215L温控器在液流模拟实验中精确控制了加热片温度与测试环境温度。


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图4:传感器输出电压与模拟液流速率呈良好线性关系(论文Fig. 5G),证明该器件可用于植物水分状态的高灵敏度、实时监测。


光测未来温控器的关键作用

TEC215L 温控器在以下关键环节提供了不可替代的精密热管理:

  • 热电性能测试(MRS-3系统)精确控制样品两端温差,确保σ、S、PF 数据重复性

  • 液流监测模拟实验稳定控制加热片温度,模拟植物液流换热边界条件

  • 器件输出性能测试为Peltier 元件提供±0.001精度的热端/冷端温度

  • 回收后性能复测保证多次循环测试中温度条件一致性

科研价值与产业前景

本研究不仅提供了一种高柔性、高性能、可回收的无机热电薄膜制备新策略,更首次将柔性热电器件应用于植物液流监测与自供电传感这一交叉领域。光测未来温控器凭借其超高精度和长期稳定性,成为此类精密热电测量实验中的理想选择。

该温控方案还可广泛应用于:

  • 热电材料ZT 值测试系统

  • 半导体器件变温电学测量

  • 微纳尺度热物性表征

  • 光腔稳频、量子光学实验

  • 电池/储能材料变温测试

关于光测未来

光测未来专注于高精度温控与光学测量技术,自主研发的温控器已实现0.1 mK 级测温灵敏度与±0.001控温稳定度,产品广泛应用于国内外顶尖科研院所和工业实验室。我们致力于为前沿科学探索和先进制造提供可靠、精密的热管理解决方案。



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