研究人員首創柔性可穿戴熱電設備 功率密度提高6.5倍

從健康監測、健身追蹤器到虛擬現實耳機，可穿戴電子產品已成為我們日常生活的一部分。美國華盛頓大學研究人員近日在《先進能源材料》雜志上發表論文稱，他們首創了一種柔性可穿戴熱電設備，能將體熱轉化為電能。該設備具有通常很難結合起來的特性：既柔軟又可拉伸，既堅固且高效。

華盛頓大學機械工業助理教授穆罕默德·馬拉庫迪說：“如果我們將浪費在周圍環境中的熱能收集起來，這就是100%的收益。但要將這種能量用于自供電電子設備，需要更高的功率密度。利用3D打印制造出的可拉伸電子產品，能提高效率并使其無縫集成到可穿戴設備中。”

研究人員制造出一種原型設備，即使在30%的應變下進行了15000多次拉伸循環后，仍保持完整功能，這對可穿戴電子設備和柔性機器人非常理想。與以前的可拉伸熱電發電機相比，該設備的功率密度提高了6.5倍。

為制造這種原型設備，研究人員3D打印了在每一層都具有工程化功能和結構特性的復合材料，填充材料含有液態金屬合金，可提供高導電性和導熱性。這些合金解決了以前設備的局限性，包括無法拉伸、低效熱傳遞和復雜的制造工藝等。該團隊還嵌入了空心微球，將熱量引導至核心層的半導體，并減輕了設備的重量。

研究人員表示，他們可將這種設備打印在可拉伸的紡織面料和曲面上，這表明未來的設備可以應用于服裝和其他物體。該研究的一個獨特方面是，它涵蓋了從材料合成到器件制造和表征的整個范圍，這讓研究人員可自由地設計新材料并發揮創造力。