减少热泄漏改善可穿戴健康设备
北卡罗来纳州立大学的工程师不断提高佩戴在手腕上的灵活设备的效率，该设备从人体收集热能以监测健康状况。
研究人员报告称，他们在 2017 年首次报告并于 2020 年更新的柔性体热收集器在防止热泄漏方面取得了显着增强。收集器利用人体的热能为可穿戴技术提供动力——想想可以测量心率、血液的智能手表氧气、葡萄糖和其他健康参数——它们永远不需要给电池充电。该技术依赖于控制将热能转化为电能的刚性热电采集器的相同原理。
符合人体的柔性收割机非常适合与可穿戴技术一起使用。北卡罗来纳州电气和计算机工程教授 Mehmet Ozturk 提到了与柔性设备的出色皮肤接触，以及对设备佩戴者的人体工程学和舒适度考虑，这是构建柔性热电发电机 (TEG) 的核心原因。
然而，柔性收割机的性能和效率历来远远落后于刚性设备，后者在将体热转化为可用能量的能力方面表现出色。
最初于 2017 年报告的概念验证 TEG 采用了半导体元件，这些半导体元件使用由 EGaIn（一种无毒的镓和铟合金）制成的液态金属互连进行电串联。 EGaIn 提供了类似金属的导电性和可拉伸性。整个装置嵌入在可拉伸的有机硅弹性体中。
2020 年报告的升级设备采用了相同的架构，但显着改进了之前版本的热工程，同时增加了负责将热量转化为电能的半导体元件的密度。其中一项改进是高导热硅橡胶弹性体——本质上是一种橡胶——封装了 EGaIn 互连。
最新的迭代将气凝胶薄片添加到有机硅弹性体中，以降低弹性体的导热性。实验结果表明，这项创新使通过弹性体的热泄漏减少了一半。
“添加气凝胶可以阻止热量在设备的热电‘腿’之间泄漏，”Ozturk 说。 “热泄漏越高，整个设备产生的温度越低，这意味着输出功率越低。”
“本文报告的柔性设备的性能比我们在 2017 年报告的设备好一个数量级，并且继续接近刚性设备的性能，”他补充道。
Ozturk 说，北卡罗来纳州专利技术的优势之一是它采用了与经过数十年研究完善的刚性设备中使用的半导体元件完全相同的半导体元件。该方法还为现有刚性热电模块制造商进入柔性热电市场提供了低成本机会。
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。
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