收集身体能量的柔性装置

华盛顿大学的研究人员开发了一种他们称之为“同类中第一种”的柔性可穿戴热电装置。基于化合物半导体碲化铋Bi₂Te₃，这种柔软且可拉伸的器件可将人体热量转换为电能。该小组于7月24日在《高级能源材料》杂志上发表了这些发现。

华盛顿大学机械工程助理教授穆Mohammad Malakooti说：“如果我们收集热能，这将是100%的收益，否则这些热能将浪费在环境中。因为我们想将这些能量用于自供电电子装置，所以需要更高的功率密度。我们利用增材制造来制造可伸缩电子产品，提高其效率，并使其无缝集成到可穿戴设备中，同时回答基本研究问题。”

即使在30%的应变下进行了超过15000次的拉伸循环，研究人员的原型装置仍保持完全功能，这对于可穿戴电子设备和软机器人来说是非常理想的功能。与之前的可伸缩热电发电机相比，该装置的功率密度也增加了6.5倍。

为了制造这些柔性装置，研究人员在每一层都设计了具有功能和结构特性的3D打印复合材料。填充材料包含液态金属合金，以提供高的导电性和导热性。这些合金解决了以往器件的局限性，包括无法拉伸、传热效率低和制造工艺复杂。该团队还嵌入了空心微球，以将热量引导到核心层的Bi₂Te₃颗粒，并减轻装置的重量。

研究人员表明，他们可以在可拉伸的织物和曲面上打印这些装置，这表明未来的装置可以应用于服装和其他物体。该团队对可穿戴电子设备的未来可能性和现实应用感到兴奋。

“我们研究的一个独特方面是它涵盖了整个光谱，从材料合成到器件制造和表征，”Malakooti说，他也是华盛顿大学纳米工程系统研究所的研究员。“这让我们可以自由设计新材料，设计过程中的每一步，并具有创造性。”

华盛顿大学机械工程硕士生Youngshang Han是本文的主要作者。Leif-Erik Simonsen是另一位合著者。这项研究由美国国家科学基金会资助。

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