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新型可穿戴发电机将体热转化为电能

韩国首尔国立大学科学家研发出一款既纤薄又柔韧的“伪横向热电发电机”,可利用人体热量直接发电。这款可穿戴热电发电机未来有望广泛应用于智能服装、健康监测传感器及各类可穿戴电子产品中。相关论文发表于最新一期《科学进展》杂志。

热电发电机可将温差转化为电能,无需电池即可供电,被视为可穿戴电子设备的下一代理想能源。薄膜型热电发电机轻巧柔软,能舒适贴合皮肤或衣物,但也面临一大难题:此类热电发电机需要利用温差来发电,当它平贴于皮肤时,体热会直接穿透薄膜散入空气,就像热量穿过一张薄纸,整个装置几乎形不成温差,发电自然无从谈起。

以往,科学家尝试将器件弯折或做成三维柱状结构来克服这一瓶颈,却要牺牲薄膜的厚度与柔软性,削弱了其作为柔性设备的天然优势。

面对这一挑战,团队另辟蹊径,从根本上改变了热流的走向。他们在可拉伸硅橡胶基板的特定区域掺入导热铜纳米颗粒,使同一块基板内同时拥有高热导区与低热导区,构筑出“双导热性基板”。当热电半导体被置于温度交界处时,来自皮肤的热量不再垂直逸散,而是沿高热导区横向流动,从而在基板表面形成温区与凉区,即便在薄膜结构中也保留了有效温差,实现稳定发电。

借助这一思路,团队首次证明,仅通过改变基板内部热流方向,就可在薄膜中维持温差并发电。他们将这项技术命名为“伪横向热电发电机”,因其结构上模拟了传统横向热电效应。

这款可穿戴热电发电机即使在完全平坦的状态下,也能将体热转化为电能,无需弯曲或借助任何立体结构。此外,它采用油墨印刷工艺制造,兼具柔韧性和可扩展性,尺寸与形状可自由设计,且能像拼装积木一样灵活扩展。(记者刘霞)

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