可拉伸、可穿戴设备仅利用皮肤的温暖即可点亮 LED

Josiah02

健身追踪器和其他可穿戴设备的缺点之一是电池最终会耗尽。但如果未来可穿戴技术可以利用体温来为自己供电，情况会怎样？
华盛顿大学的研究人员开发出了一种灵活耐用的电子原型，可以从体热中获取能量并将其转化为电能，用于为电池、传感器或 LED 等小型电子设备供电。该设备还具有弹性——即使被刺穿数次并拉伸 2,000 次后仍能正常工作。
该团队在8 月 30 日发表在《先进材料》杂志上的一篇论文中详细介绍了这些原型。
“我很久以前就想到了这个主意，”华盛顿大学机械工程学助理教授、资深作者 Mohammad Malakooti 说道。“当你把这个装置贴在皮肤上时，它会利用你的体温直接为 LED 供电。只要你戴上这个装置，LED 就会亮起来。这在以前是不可能的。”
传统上，利用热量发电的设备是刚性和易碎的，但 Malakooti 和团队之前发明了一种高度灵活和柔软的设备，因此它可以适应人体手臂的形状。
这个装置是从头开始设计的。研究人员首先通过模拟来确定材料和装置结构的最佳组合，然后在实验室中制造出几乎所有的组件。
图片来源：华盛顿大学
它有三层主要结构。中心是刚性热电半导体，负责将热能转化为电能。这些半导体被导热系数低的3D 打印复合材料包围，这增强了能量转换并减轻了设备的重量。
为了提供可拉伸性、导电性和电气自修复性，半导体与印刷液态金属迹线相连。此外，液态金属液滴嵌入外层，以改善向半导体的热传递并保持柔韧性，因为金属在室温下保持液态。除半导体外的所有部件均在 Malakooti 的实验室中设计和开发。
Malakooti 表示，除了可穿戴设备外，这些设备还可用于其他应用。其中一个想法是将这些设备与发热的电子设备一起使用。
“你可以想象把它们贴在发热的电子设备上，利用多余的热量为小型传感器供电，”马拉库蒂说。“这对数据中心尤其有用，因为服务器和计算设备消耗大量电力并产生热量，需要更多的电力来保持冷却。
“我们的设备可以捕获热量并将其重新用于为温度和湿度传感器供电。这种方法更具可持续性，因为它创建了一个独立的系统，可以监控条件，同时降低总体能耗。此外，无需担心维护、更换电池或添加新线路。”
这些设备还可以反向工作，即通过通电使它们加热或冷却表面，这为应用开辟了另一条途径。
“我们希望有一天能将这项技术添加到虚拟现实系统和其他可穿戴设备中，以在皮肤上产生冷热感觉或提高整体舒适度，”马拉库蒂说。“但我们还没有做到这一点。目前，我们正从高效、耐用且提供温度反馈的可穿戴设备开始。”