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北卡罗莱纳州立大学(North Carolina State University)的工程师们继续改进一种可穿戴在手腕上的柔性设备的效率，该设备可以从人体获取热量，以监测健康状况。
在一个论文发表在npj柔性电子元件，北卡罗来纳州立大学的研究人员报告说，他们在防止柔性人体热量收集器的热量泄漏方面有了显著的改进2017年首次报道和更新在2020年．这些收割机利用人体的热能为可穿戴技术提供动力——想想能测量心率、血氧、葡萄糖和其他健康参数的智能手表——它们的电池永远不需要充电。该技术依赖于同样的原理，控制着将热能转化为电能的刚性热电收割机。
柔性收割机符合人体的高度期望与可穿戴技术使用。该论文的通讯作者、美国北达科他州电子与计算机工程教授Mehmet Ozturk提到，柔性热电发电机(TEGs)背后的核心原因包括与柔性设备的良好皮肤接触，以及对设备佩戴者的人体工程学和舒适性的考虑。
然而，柔性收割机的性能和效率在历史上远远落后于刚性收割机，后者在将体热转化为可用能量的能力方面更胜一筹。
2017年，北卡罗来纳州首次报告了概念验证型TEG采用半导体元件，使用由EGaIn(一种无毒的镓和铟合金)制成的液态金属互连线进行电串联。EGaIn提供了类似金属的导电性和延展性。整个装置被嵌入一个可伸缩的硅胶弹性体中。
2020年报道的升级设备采用了相同的架构，但显著改进了前一版本的热工程，同时增加了负责将热量转化为电能的半导体元件的密度。其中一个改进是高导热硅胶弹性体-本质上是一种橡胶-封装了EGaIn互连。
最新的方法是将气凝胶薄片添加到硅酮弹性体中，以降低弹性体的热导率。实验结果表明，这种创新减少了一半的热泄漏通过弹性体。
Ozturk说:“添加气凝胶可以阻止热量在设备的热电‘腿’之间泄漏。”“漏热越高，整个设备的温度就越低，这就意味着输出功率越低。
Ozturk补充道:“与2017年报告的柔性设备相比，本文报告的柔性设备的性能要好一个数量级，并将继续接近刚性设备的性能。”
Ozturk表示，该技术的优势之一是，它采用了经过数十年研究完善的刚性设备中使用的相同的半导体元素。该方法也为现有的刚性热电模块制造商进入柔性热电市场提供了低成本的机会。
他补充说，他的实验室将继续专注于提高这些柔性设备的效率。
北卡州立大学的同事Viswanath P. Ramesh, Yasaman Sargolzaeiaval, Taylor V. Neumann, Veena Misra, Michael Dickey和Daryoosh Vashaee共同撰写了这篇论文。
该工作的资金来自北卡罗来纳州的国家科学基金会，该基金会资助的先进自供电系统集成传感器和技术(ASSIST)中心，拨款为EEC1160483。ASSIST中心的使命是创造能够长期多模态传感的自供电可穿戴设备，而无需更换或充电电池。
-kulikowski -
编辑报告:下面是论文摘要。
采用液态金属互连和低导热硅填料的柔性热电发电机
作者:北卡州立大学Viswanath P. Ramesh, Yasaman Sargolzaeiaval, Taylor V. Neumann, Veena Misra, Daryoosh Vashaee, Michael D. Dickey和Mehmet C. Ozturk
发表2021年3月8日，上线npj柔性电子元件
DOI: 10.1038 / s41528 - 021 - 00101 - 3
摘要:利用热电法获取人体热量，为实现可持续、长期、不间断健康监测的自供电可穿戴电子设备提供了一条很有前途的途径。本文报道了一种柔性热电发电机(TEG)，提供了最佳的性能，在转换体热到电能。该设备依赖于一种低导热气凝胶-硅酮复合材料，以确保和热隔离使用可伸缩共晶镓铟(EGaIn)液态金属互连线串联的单个半导体元件。该复合材料由气凝胶微粒混合成聚二甲基硅氧烷(PDMS)组成，可使硅酮弹性体的热导率降低多达50%。当空气流速为1.2 ms-1，相当于行走速度时，柔性TEGs的输出功率密度图接近35µWcm-2。结果表明，这些柔性TEGs可作为低功耗可穿戴电子产品的主要能源。
