NC State的柔性集热装置在保持热量为装置提供动力方面表现出更好的效率。功劳:买买提·奥兹特克。北卡罗来纳州立大学的工程师继续提高戴在手腕上的柔性设备的效率，该设备从人体获取热能以监控健康。在发表在npj柔性电子杂志上的一篇论文中，北卡罗来纳州的研究人员报告说，他们在2017年首次报告并在2020年更新的柔性人体热量采集器在防止热量泄漏方面有显著增强。收割机利用人体的热能为可穿戴技术提供动力——想想测量你的心率、血氧、血糖和其他健康参数的智能手表——这些技术永远不需要给电池充电。这项技术依赖于控制将热能转换成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。NC州立大学电气与计算机工程教授、该论文的相应作者买买提·厄兹图尔克(Mehmet)提到，制造柔性热电发电机(TEGs)背后的核心原因是柔性设备与皮肤的良好接触，以及设备佩戴者的人体工程学和舒适性考虑。
然而，柔性收割机的性能和效率在历史上远远落后于刚性装置，后者在将人体热量转化为可用能量的能力方面一直处于领先地位。
最初在2017年报告的北卡罗来纳州概念验证三甘醇采用了半导体元件，这些元件使用由镓铟无毒合金制成的液态金属互连串联电连接。EGaIn提供了类似金属的导电性和拉伸性。整个装置被嵌入一种可拉伸的硅弹性体中。
2020年报告的升级设备采用了相同的架构，但显著改进了上一版本的热能工程，同时增加了负责将热量转化为电能的半导体元件的密度。改进之一是一种高导热硅弹性体——本质上是一种橡胶——封装了电子电气互连。
最新的版本将气凝胶薄片添加到硅氧烷弹性体中，以降低弹性体的导热性。实验结果表明，这一创新将通过弹性体的热泄漏减少了一半。
“气凝胶的加入阻止了热量在装置的热电“腿”之间泄漏，”厄兹图尔克说。“热泄漏越高，器件上产生的温度越低，这意味着输出功率越低。
“本文报道的柔性器件的性能比我们在2017年报道的器件好一个数量级，并继续接近刚性器件的性能，”厄兹图尔克补充道。
厄兹图尔克说，数控国家专利技术的优势之一是，它采用了与经过几十年研究完善的刚性器件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，他的实验室将继续致力于提高这些灵活设备的效率。
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