从皮肤温度收集能量，用于无需电池的可穿戴电子设备

时间：2022-05-29 09:25:05 来源：

自供电电路应用中带有软电极和软热导体（s-HCs）的兼容TEG的概念图。左插图是基于碲化铋（Bi2Te3）的热电（TE）腿的照片，右插图是顺应性TEG横截面的光学图像。5和1毫米的比例尺。

开发具有最大灵活性和高效率的柔性热电设备；通过自动过程和自供电可穿戴设备的商业化实现高产量的批量生产。

热电装置是一种能量转换装置，其利用由材料的两端之间的温度差产生的电压。它能够将热能（例如来自工业场所的废热）转化为可在日常生活中使用的电能。现有的热电装置是刚性的，因为它们由基于硬金属的电极和半导体组成，阻碍了热源从不平坦表面的充分吸收。因此，对于能够与人体皮肤和热水管等各种热源紧密接触而产生能量的挠性热电装置的开发，积极进行了最新的研究。

韩国科学技术研究院（KIST）宣布，由软混合材料研究中心的Seungjun Chung博士和首尔国立大学电气与计算机工程系（SNU，OH主席）的Yongtaek Hong教授领导的协作研究团队Se-Jung）通过最大程度地提高灵活性和传热效率，开发了具有高发电性能的柔性热电器件。研究团队还通过包括印刷过程在内的自动化过程提出了批量生产计划。

带自供电LED系统和遮光罩的高温表面警告手套的示意图。照片显示了带TEG的手套在抓握瓶子和水壶等各种高温物体时的使用效果。插图显示了自供电系统和包装的放大视图。附有TEG的手套与热源的3D表面之间的保形接触会导致明亮的“ H”形，而无需外部电源的任何帮助。比例尺分别为5、5厘米和5毫米。

关于用于柔性热电装置的研究的现有基板，由于非常低的热导率，它们的热能传递效率低。由于缺乏柔韧性，它们的吸热效率也很低，当与热源接触时会形成热屏蔽层，例如空气。为了解决该问题，已经开发了具有高柔性的基于有机材料的热电器件，但是由于其性能与现有的基于无机材料的刚性热电器件相比明显较低，因此将它们应用于可穿戴设备并不容易。

KIST软混合材料研究中心的Seungjun Chung博士。

通过将基于无机材料的高性能热电器件连接到由银纳米线组成的可拉伸基板，上述研究团队在降低热电器件的电阻的同时提高了灵活性。所开发的热电装置显示出优异的柔韧性，从而即使在弯曲或拉伸时也能稳定运行。另外，将具有高导热率的金属颗粒插入可拉伸基板的内部，以将传热能力提高800％（1.4 W / mK），并将发电量提高三倍以上。（当所开发的热电装置的两端之间的温度差为40℃以上时，产生7mW / cm 2的电。当附着在人体皮肤上时μ，仅从体温产生7 W / cm2的电。）同时，研究人员使整个复杂过程自动化，从软平台过程到热电设备的开发，从而实现了设备的批量生产。

所开发的装置可以用作工业现场的高温传感器，也可以用作无电池距离检测传感器，以利用汽车内部和外部的温度差进行自动驾驶。因此，预期该设备将能够解决基于电池的传感器系统的电源问题，该传感器在高温环境中有爆炸的危险。

钟胜俊博士在韩国科学技术研究院说：“这项研究表明，可以使用外部热源来操作实际的可穿戴设备，例如高温传感器手套。展望未来，我们将开发一个灵活的热电平台，该平台可以仅在体温下运行可穿戴设备。”他接着说：“我们的研究发现具有重大意义，因为该研究开发的功能性复合材料，热电设备平台和高产量自动化工艺将能够在未来推动无电池可穿戴设备的商业化。”

参考：“李炳文，李贤贤，庆泰公园，金晋相，闵公园，金熙淑，金永泰和钟承俊，“具有磁性自组装软磁导体的高性能兼容热电发电机，用于自供电可穿戴电子设备”， 2020年11月23日，自然通讯.DOI：
10.1038 / s41467-020-19756-z

这项研究得到了科学和信息通信技术部（MSIT）的支持，并作为KIST的机构研发计划，韩国国家研究基金会的创意材料发现计划，创意融合研究计划和全球科研计划的一部分进行。前沿项目。研究结果发表在最新一期的国际期刊自然通讯（IF：12.121).

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