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隨著穿戴式科技日益普及，柔性電子材料的需求也快速升溫。來自澳洲昆士蘭科技大學（QUT）的研究團隊，近日發表於《自然通訊》（Nature Communications）的一項最新研究，成功開發出一種新型柔性半導體材料，能高效地將人體熱能轉化為電能，為無電池可穿戴設備的未來鋪平道路。
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創新來自「空位工程」 操控原子空間提升熱電效率
這項技術突破的關鍵在於「空位工程（Vacancy Engineering）」，即透過精密控制晶體結構中原子之間的空位/缺位，來調整材料的熱學、電學及機械性質。研究團隊以 銀銅（碲、硒、硫）合金為基礎，這是一種由銀、銅、碲、硒與硫構成的半導體材料，透過調控其內部原子空間，使其在柔軟可彎曲的同時具備優異的熱電性能。
QUT 的李南海博士解釋，空位的操控不僅提升了材料將熱轉電的效率，也賦予材料出色的可塑性與可拉伸性，這對設計貼合人體、穩定發電的穿戴式裝置至關重要。
簡單熔融法製成 可直接貼合人體使用
與傳統複雜製程不同，該材料可透過簡單且具成本效益的熔融方法合成，具備實用價值。為驗證其實際應用潛力，研究人員開發了幾款微型柔性裝置，可直接附著在人類手臂上使用，並穩定產生電力。
團隊成員除李博士外，還包括史曉蕾博士、劉思齊、曹天逸、張敏、呂萬宇、劉偉迪、齊東晨，以及指導教授陳志剛。研究橫跨 QUT 化學與物理學院、材料科學中心，以及澳洲研究理事會碳中和零排放發電研究中心。
靈活與性能兼顧 解決穿戴式裝置的長年難題
穿戴式科技的核心挑戰之一，就是如何在保持裝置靈活、舒適的同時，提供穩定且持續的電源。人體本身作為一個穩定的熱源，特別在運動時會產生明顯溫差，若能加以利用，將成為可穿戴設備的理想能源。
陳志剛教授表示，過去主流的柔性熱電材料大多為有機材料或脆弱的無機薄膜，兩者皆面臨效能或耐用性的限制。而這項研究所使用的 銀銅（碲、硒、硫）合金，則是一種少見的無機材料，不僅具備卓越的熱電轉換能力，同時也擁有極佳的柔性與延展性，展現出成為未來熱電穿戴裝置核心材料的潛力。
展望未來：柔性熱電設備將進入無電池時代？
隨著柔性電子與可穿戴裝置技術持續進化，熱電材料的應用將扮演越來越關鍵的角色。昆士蘭科技大學團隊已在另一篇發表於《科學》（Science）期刊的研究中，展示了一種可利用體溫供電的超薄柔性薄膜，有望替代傳統電池，實現更輕便、環保的設備設計。
陳教授指出：「推進柔性熱電技術的關鍵，在於探索各種可能性與材料組合，這不僅是能源轉換的技術進步，也代表未來穿戴式科技走向無電池化的重大一步。」
參考文獻
- 利用原子「空位工程」方法，開發新型柔性半導體
- Scientists Unlock New Flexible Semiconductor Using Atomic “Vacancy Engineering”
- “戰略空位工程推進了創紀錄的高延展性 AgCu(Te, Se, S) 熱電材料”，作者：Nan-Hai Li、Xiao-Lei Shi、Si-Qi Liu、Meng Li、Tian-Yi Cao、Min Zhang、Wan-Yu Lyu、Wei-Di-Di圖 Liu、DongChen Qi 25 月，3 月，3 月 3993 月Nature Communications。 DOI：10.1038/s41467-025-58104-x
(首圖來源:AI)
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