研究人員首創(chuàng)柔性可穿戴熱電設(shè)備 功率密度提高6.5倍

從健康監(jiān)測(cè)、健身追蹤器到虛擬現(xiàn)實(shí)耳機(jī)，可穿戴電子產(chǎn)品已成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠帧Ｃ绹?guó)華盛頓大學(xué)研究人員近日在《先進(jìn)能源材料》雜志上發(fā)表論文稱(chēng)，他們首創(chuàng)了一種柔性可穿戴熱電設(shè)備，能將體熱轉(zhuǎn)化為電能。該設(shè)備具有通常很難結(jié)合起來(lái)的特性：既柔軟又可拉伸，既堅(jiān)固且高效。

華盛頓大學(xué)機(jī)械工業(yè)助理教授穆罕默德·馬拉庫(kù)迪說(shuō)：“如果我們將浪費(fèi)在周?chē)h(huán)境中的熱能收集起來(lái)，這就是100%的收益。但要將這種能量用于自供電電子設(shè)備，需要更高的功率密度。利用3D打印制造出的可拉伸電子產(chǎn)品，能提高效率并使其無(wú)縫集成到可穿戴設(shè)備中。”

研究人員制造出一種原型設(shè)備，即使在30%的應(yīng)變下進(jìn)行了15000多次拉伸循環(huán)后，仍保持完整功能，這對(duì)可穿戴電子設(shè)備和柔性機(jī)器人非常理想。與以前的可拉伸熱電發(fā)電機(jī)相比，該設(shè)備的功率密度提高了6.5倍。

為制造這種原型設(shè)備，研究人員3D打印了在每一層都具有工程化功能和結(jié)構(gòu)特性的復(fù)合材料，填充材料含有液態(tài)金屬合金，可提供高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。這些合金解決了以前設(shè)備的局限性，包括無(wú)法拉伸、低效熱傳遞和復(fù)雜的制造工藝等。該團(tuán)隊(duì)還嵌入了空心微球，將熱量引導(dǎo)至核心層的半導(dǎo)體，并減輕了設(shè)備的重量。

研究人員表示，他們可將這種設(shè)備打印在可拉伸的紡織面料和曲面上，這表明未來(lái)的設(shè)備可以應(yīng)用于服裝和其他物體。該研究的一個(gè)獨(dú)特方面是，它涵蓋了從材料合成到器件制造和表征的整個(gè)范圍，這讓研究人員可自由地設(shè)計(jì)新材料并發(fā)揮創(chuàng)造力。