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国内首创!溶液 3D 打印技术解锁柔性热电材料制备新范式

近日,我国科研团队宣布一项关键技术突破:首次通过溶液 3D 打印技术成功打印出柔性聚合物基复合热电材料,相关成果已申请国

近日,我国科研团队宣布一项关键技术突破:首次通过溶液 3D 打印技术成功打印出柔性聚合物基复合热电材料,相关成果已申请国家发明专利,技术成熟度达到产业化应用标准。该技术不仅破解了传统柔性热电材料 “工艺复杂、难以批量生产、器件组装繁琐” 的行业痛点,更实现了 “材料 - 器件” 一步成型,为我国柔性电子产业升级及新能源利用效率提升注入强劲动力。与此同时,团队同步研发的激光植物灯技术也实现重要突破,为农业照明领域提供了节能高效的创新方案。

打破传统瓶颈,3D 打印实现 “柔性热电” 新突破

热电材料作为一种能实现 “热能 - 电能” 相互转换的功能材料,是柔性电子、应急供电、废热回收等领域的核心部件。长期以来,柔性聚合物基复合热电材料的制备依赖涂覆、蒸镀等传统工艺,存在流程复杂、成本高昂、难以定制复杂形状等问题,且器件需经多步组装,严重制约了其规模化应用与实用化进程。

“我们团队历时多年攻关,首次将溶液 3D 打印技术应用于柔性热电材料制备,彻底改变了传统制备逻辑。” 项目负责人介绍,该技术核心优势显著:工艺简单、容易操作、可批量生产,通过自主研发的专用打印浆料与精准控制的 3D 打印工艺,实现了两大核心突破:一是可直接打印出任意形状的柔性热电材料,满足不同场景的定制化需求;二是能一步成型柔性热电器件,无需后续组装,工艺步骤减少 50% 以上,生产效率大幅提升。

据实测,该技术制备的材料兼具多重优势:热电性能优异、柔韧性好、质轻,热电转换效率达到行业先进水平,在弯曲、折叠等柔性场景下性能稳定;可适配复杂应用环境,且无需复杂生产设备,能有效降低产业化成本。目前,该技术相关核心方案已申请国家发明专利,为技术产业化落地提供了知识产权保障。

技术多点突破,激光植物灯开辟农业照明新路径

除柔性热电材料领域的重大突破外,该团队在农业科技领域也取得重要成果 —— 研发的激光植物灯采用先进激光合成技术,通过将不同波长的激光进行最优化排列,精准合成植物光合作用所需的光谱,从而高效促进植物生长。该产品具备两大核心亮点:一是可实现定时在 0-360° 范围内旋转,确保光线均匀覆盖作物;二是能效表现突出,光通量可达到 15000lm,功率仅 6W,相比传统植物灯大幅节约能源,且激光光源不会造成光污染,绿色环保。目前,该激光植物灯已通过田间试验验证,可适用于果蔬类大部分作物,为设施农业、温室种植等场景提供了节能高效的照明解决方案。

多领域落地可期,赋能产业升级与能源高效利用

这项创新性技术的诞生,正为多个关键领域带来变革性影响。在军事领域,柔性热电材料可用于制备柔性应急通信设备电源、单兵可穿戴供电模块,满足复杂战场环境下的便携供电需求;在工业领域,能为柔性传感器、智能监测设备提供自供电解决方案,助力工业物联网升级;在医疗领域,可适配可穿戴血糖监测仪、体温发电手环等设备,为便携式医疗电子提供长效能源支持;而激光植物灯则有望推动农业种植向 “精准化、节能化” 转型,提升果蔬产量与品质。

“柔性热电材料是下一代柔性电子设备的‘能量心脏’,这项技术的突破,不仅让我国在柔性热电材料制备领域掌握了自主核心技术,更开辟了全新工艺路径。” 行业专家评价,该成果对于推动我国柔性复合热电材料和器件在军事、工业和医疗等领域的应用、提高其产业技术水平均具有十分重大意义,同时对于加速聚合物基复合材料的实用化,提高能源利用效率等也具有重要意义。激光植物灯技术则填补了农业节能照明领域的技术空白,为农业绿色发展提供了新动能。

此外,柔性热电材料在低品位热能回收领域也具有广阔应用前景。通过将工业余热、人体体温等分散热能转化为电能,可有效提高能源利用效率,助力 “双碳” 目标实现;激光植物灯的节能特性也与绿色发展理念高度契合,两项技术均具备显著的经济价值与社会意义。

开放合作加速落地,共推产业高质量发展

目前,柔性热电材料与激光植物灯两大科研成果均已形成成熟技术体系,相关国家发明专利正在审批中。为加速技术落地与产业化进程,团队已开放多种合作模式,包括技术咨询、合作开发、技术转让等,诚邀相关企业、科研机构携手推进产学研融合,推动技术成果快速转化为实际生产力。

随着两项技术的产业化推进,我国柔性热电材料市场规模将持续扩大,相关下游产业如可穿戴设备、柔性机器人、应急电子等将迎来技术革新;同时,激光植物灯也有望在设施农业领域形成规模化应用,两大技术均有望形成新的产业增长点,为我国高端制造业升级、能源转型与农业现代化提供重要支撑。