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新型柔性热电设备可从人体皮肤上获取能量
时间:2021-02-23 来源:互联网
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热电器件是利用材料两端温差产生的电压进行能量转换的装置;它能够将工业现场的废热等热能转换为日常生活中可以使用的电能。现有的热电设备由于是由坚硬的金属基电极和半导体组成,具有一定的刚性,阻碍了对不平整表面热源的充分吸收。因此,研究人员近期开展了能够与人皮、热水管等热源紧密接触产生能量的柔性热电装置的开发研究。

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(SNU)电子与计算机工程系的Yongtaek Hong教授领导的合作研究小组,通过最大限度地提高柔性和传热效率,开发出了具有高发电性能的柔性热电装置。该研究团队还提出了通过包括印刷工艺在内的自动化流程进行量产的计划。

用于研究柔性热电设备的现有基板的热能传递效率很低,这是因为它们的导热系数非常低。由于缺乏柔性,它们的吸热效率也很低,在与热源接触时,会形成一个热屏蔽层,例如空气。为了解决这一问题,基于有机材料的高柔韧性的热电器件一直在开发中,但由于其性能明显低于现有基于无机材料的刚性热电器件,因此在可穿戴设备上的应用并不容易。

研究小组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构成的可拉伸基片上,在提高柔性的同时降低了热电器件的电阻。所开发的热电器件表现出了优异的柔韧性,即使在弯曲或拉伸时也能稳定运行。此外,在可拉伸基板内插入了高导热性的金属粒子,使传热能力提高了800%(1.4W/mK),发电量提高了3倍以上。(当开发的热电装置两端温差在40K以上时,发电量为7mW/cm2。当附着在人体皮肤上时,仅靠体温就能产生7μW/cm2的电力)。) 同时,研究人员实现了从软平台工艺到热电装置开发的整个复杂过程的自动化,从而实现了该装置的批量生产。

开发出的装置可以作为工业现场的高温传感器使用,也可以利用汽车内外的温差作为自动驾驶的无电池距离检测传感器。因此,该装置有望解决基于电池的传感器系统在高温环境下有爆炸风险的电源问题。

论文标题为《High-performance compliant thermoelectric generators with magnetically self-assembled soft heat conductors for self-powered wearable electronics》。

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