轻便、可穿戴的技术可有效地将身体热量转化为电能

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达约什·瓦沙 dvashae@ncsu.edu 919.515.9599.

哑光船员 matt_shipman@ncsu.edu. 919.515.6386

北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种用于收集机体热量的新设计，并将其转化为可穿戴电子产品的电力。实验原型是重量轻的，符合身体的形状，并且可以产生比以前的轻质热量收集技术更多的电力。

研究人员还确定了身体上获取热量的最佳位置。

“通过使用身体和环境空气之间的温差，”佩斯电脑工程副教授（NC州）和工作作者的相应作者，通过使用身体和环境空气之间的温差，通过使用温差差异，“可穿戴热电发电机（TEGS）发电。”“以前的方法是使用散热器 - 这是沉重的，僵硬和笨重的 - 或者能够仅产生每厘米平方（μW/ cm的电源）^2.). 我们的技术可产生高达20µW/cm的功率^2.而且不使用散热器，使其更轻、更舒适。”

新的设计从一层导热材料开始，距离皮肤上方并铺出热量。导电材料配有聚合物层，该聚合物层防止热量散发到外部空气。这迫使体热穿过中心位的TEG，即一个厘米^2.. 未转化为电能的热量通过TEG进入导热材料的外层，从而迅速散热。整个系统很薄——只有2毫米——而且很灵活。

“In this prototype, the TEG is only one centimeter squared, but we can easily make it larger, depending on a device’s power needs,” says Vashaee, who worked on the project as part of the National Science Foundation’s Nanosystems Engineering Research Center for Advanced Self-Powered Systems of Integrated Sensors and Technologies (ASSIST) at NC State.

研究人员还发现，上臂是收集热量的最佳位置。而手腕周围的皮肤温度较高，手腕的不规则轮廓限制了TEG带与皮肤接触的表面积。与此同时，把带子戴在胸前会限制空气流动——也会限制热量的散发——因为胸部通常会被一件衬衫遮盖住。

此外，研究人员还将TEG加入T恤中。研究人员发现，T恤TEG仍然能够产生6µW/cm的能量^2.–或高达16µW/cm^2.如果一个人正在运行。

“T恤TEG肯定是可行的可穿戴技术，但它们与上臂乐队没有高效，”Vashaee说。

“协助的目标是使可穿戴技术用于长期健康监测，例如跟踪心脏健康或监测物理和环境变量的设备预测和预防哮喘发作，“ 他说。

“要这样做，我们希望制作不依赖电池的设备。我们认为这种设计和原型让我们更接近制作现实。“

报纸，”可穿戴热电发电机，用于人体热收集，“发表在期刊上应用能量。本文引导作者是Melissa Hyland，NC州的研究生和Haywood Hunter，NC状态本科。他们在本科生的工作中致力于该项目，并支持对本科生授予的NSF研究经验。共同作者包括NC国家的博士后研究员Jie Liu;和埃琳娜的助理助理总监纳入努力。该工作由NSF提供资金，NSF根据授权EEC-1160483，ECCS-1351533和CMMI-1363485;并由在拨款FA9550-12-1-0225下的科学研究空军办公室。

-船夫-

编辑注：研究摘要跟随。

“人体热能收集的穿戴式热电发电机”

作者：梅丽莎·海兰、海伍德·亨特、刘洁、埃琳娜·维蒂和达约什·瓦沙，北卡罗来纳州立大学

出版：8月27日在线，应用能量

迪伊：10.1016/j.apenergy.2016.08.150

抽象的：热电发电机（TEG）可用于从人体热量中获取电能，为可穿戴电子设备供电。在NSF集成传感器和技术的先进自供电系统（ASSIST）中，TEGs是正在探索的使能技术之一，以推进该中心创建可穿戴、自供电、健康和环境监测系统的任务。作为这项工作的一部分，探索相关参数，以最大限度地利用人体热量输出可穿戴的TEG功率，并保持身体舒适，这一点尤为重要。为此，来自身体的热量必须以最小的损失导入TEG，发电机必须设计为在热电材料上保持较高的温差，并且发电机必须具有较小的形状系数以保持身体舒适。为了满足这些要求，开发了最佳TEG设计，并在温控热板和不同身体部位（包括手腕、上臂和胸部）上进行了实验。TEG被进一步制成一件T恤衫，并记录不同人类活动的能量。对不同体位和T恤衫上的实验进行比较，分别得出上臂、手腕、胸部和T恤衫上产生的最高到最低功率。讨论了上臂TEG为可穿戴式心电传感器供电的前景。