皮肤为新型柔性热电装置“供电” 无电池可穿戴设备将受益

财联社（上海，编辑 黄君芝）讯，韩国科学技术研究院（KIST）宣布，一组研究人员近期通过最大限度地提高柔性和传热效率，开发出了具有高发电性能的柔性热电装置，并提出了通过包括印刷工艺在内的自动化流程进行量产的计划。

该研究由软混合材料研究中心的Seungjun Chung博士和首尔国立大学（SNU）电子与计算机工程系的Yongtaek Hong教授领导的研究小组合作完成，研究成果于近期刊登在了著名科学期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。

热电装置是利用材料两端温差所产生的电压进行能量转换的装置。它能够将热能（如工业场所的废热）转化为日常生活中使用的电能。现有的热电设备由于是由坚硬的金属基电极和半导体组成，具有一定的刚性，阻碍了对不平整表面热源的充分吸收。因此近年来，科学家们一直在积极研究开发能与人体皮肤、热水管道等多种热源密切接触产生能量的柔性热电装置。

目前用于柔性热电器件研究的基板由于导热系数非常低，其热能传递效率很低。由于缺乏柔性，它们的吸热效率也很低，在与热源接触时，会形成一个热屏蔽层，例如空气。为了解决这一问题，基于有机材料的高柔性热电器件已经在开发中，但由于其性能明显低于现有基于无机材料的刚性热电器件，因此在可穿戴设备上的应用并不容易。

此次，研究小组通过将基于无机材料的高性能热电器件连接到由银纳米线构成的可拉伸基板上，在提高柔性的同时降低了热电器件的电阻。所开发的热电器件表现出了极佳的柔韧性，即使在弯曲或拉伸时也能稳定运行。

此外，在可拉伸基板内插入了高导热性的金属粒子，使传热能力提高了800%（1.4W/mK），发电量提高了3倍以上。当开发的热电装置两端温差在40K以上时，发电量为7mW/cm2。当附着在人体皮肤上时，仅靠体温就能产生7μW/cm2的电力。

与此同时，研究人员还实现了从软平台工艺到热电装置开发的整个复杂过程的自动化，从而实现了该装置的批量生产。

据称，该设备既可用于工业场所的高温传感器，也可通过利用汽车内外的温差，用于自动驾驶的无电池距离检测传感器。因此，该装置有望解决基于电池的传感器系统在高温环境中存在爆炸风险的电源问题。

KIST的Seungjun Chung博士说：“这项研究表明，使用外部热源操作实际可穿戴设备是可能的，比如高温传感器手套。未来，我们将开发一种柔性热电平台，只需要体温就可以操作可穿戴设备。”