哈工大创造发明「体温发电机」：柔性可佩戴，即时点亮 LED 灯

1998 年，日本知名制表企业精密（SEIKO）曾公布过一款由基础体温供电系统的石英表 Seiko Thermic，做出了将热电厂关键技术于腕表的一次较早试着 —— 但是在一颗一般钮扣电池就能适用石英表 1-3 年续航力的时代，这款商品就算让人眼前一亮，最后也仍未得到 商业服务取得成功。

之后在 2016 年，美国硅谷新成立公司 Matrix Industries 对于智能手环的续航力难题，在众筹网站 Indiegogo 上公布了全世界第一款纯热电厂驱动器的智能手环 Powerwatch，引起许多关心。

实际上，将基础体温发电量与智能穿戴设备紧密结合直到今日仍是一项自主创新之举。

近期，一组哈工大科学研究工作人员就开发设计出了一种中小型智能穿戴设备，可将身体肌肤传出的发热量转换为电磁能。

把机器设备戴在手腕子上，能够完成为 LED 灯供电系统。

2021 年 4 月 29 日，有关科研成果发布于《细胞报告物理科学》（Cell Reports Physical Science）杂志期刊，名为 A wearable real-time power supply with a Mg3Bi2-based thermoelectric module（一种根据 Mg3Bi2 热电厂控制模块的可配戴即时开关电源）。

软性「基础体温发电机组」

先来了解一下什么叫「热电厂技术性」。

在二种金属材料组成的控制回路中，假如金属材料节点处溫度不一样，处于较溫暖地区的电子器件遇热挪动至较冷的地区，该控制回路便会造成一个电位差（工作电压），在联接他们的输电线上造成电流量。

简单点来说，此项技术性便是运用热电厂设备的温差造成工作电压。

大家先前曾详细介绍，因为电流量较差，热电厂技术性一般只有为动能要求并不大的机器设备供电系统，而智能穿戴设备基本上构件的功能损耗一般在 100nW（纳瓦）到 十米W（毫瓦）中间（如下图所显示），根据此，将此项关键技术于智能穿戴设备和身体嵌入设备将是极佳的挑选。

在科学研究工作人员来看，「热电厂发电机组」（Thermoelectric generators，下称 TEG）为可配戴电子产品磷酸原在未来将是一项很有市场前景的运用。

TEG 将是传统式充电电池的一个非常好的取代，缘故取决于其与众不同的特点，例如无工作中液体、无健身运动构件、操作流程清静、靠谱、便携式这些。

如同科学研究工作人员所言：

TEG 能够搜集基础体温那样的分散型低质量发热量，使之转换为电磁能。

但非常值得关心的是，传统式的刚度 TEG 无法兼容可配戴商品，因而科学研究工作人员的总体目标就是设计方案一种软性 TEG（flexible TEG，即 FTEG）。

即时为 LED 灯供电系统

原材料层面，科学研究工作人员设计方案的 FTEG 包含 p 型碲化锑（Sb2Te3）和 n 型铋化镁（Mg3Bi2），及其多孔结构聚氨酯材料（PU）基材和软性印刷线路板（FPCB）电级。

大家注意到，n 型 Mg3Bi2 基原材料被学术界觉得是近室内温度运用的高品质原材料。此外据《中国科学报》报导：

目前市面上的 TEG 在非常大水平上取决于有色金属碲，而新设计方案用镁基原材料一部分替代了碲基原材料，这能够减少大规模生产的成本费。

下面的图展现的是原材料的电阻（ρ）、塞贝克指数（S，即半导体器件的温度差电动式热）、功率因素（PF ）、导热系数（κ）和 ZT（品质因素）值。

实际生产制造全过程则是：

将 FPCB 电级黏贴在陶瓷基板上；

用激光打标除去不必要的 PI 膜（聚丙烯腈塑料薄膜）；

把 n 型和 p 型热电厂支脚更替布局在基钢板上；

将热电厂控制模块脱离基钢板，用 PU 添充。

最后数据信息说明，这款 FTEG 机器设备具备较低的热旁通和高效率的热表面，在工作温度为 16 ℃（气旋速率 1.1 m/s）时将机器设备放到胳膊上，最高值功率约为 20.6 μW/cm2；在温度差 -223.15 ℃时，最高值功率为 13.8 mW/cm2。

值得一提的是，该机器设备在 13.4 mm 的弯曲半径下承担 10000 次弯折循环系统后无明显转变（低于 1.4%）。

科学研究工作人员将规格为 28.8 × 115.2 × 2.5 mm3 的 FTEG 机器设备置放在胳膊上，取得成功照亮了 LED（发光二极管）灯 —— 这说明该 FTEG 机器设备具备为智能穿戴设备出示即时开关电源的发展潜力。

有关创作者

毕业论文表明，科学研究精英团队来源于哈工大物理学学校、微结构光学信息管理系统基础理论与技术性重点实验室、管理科学与工程学校原材料基因与互联网大数据研究室软性包装印刷电子信息技术管理中心、优秀电焊焊接与联接我国重点实验室。

毕业论文通讯作者为哈工大（深圳市）管理科学与工程学校专家教授张倩。

【彩色图库哈工大（深圳市）官方网站】

公布信息内容表明，张倩专家教授研究组研究内容为热电厂半导体材料电力能源原材料，包含热电材料生成、电声输运管控、热电器件有关科学研究等。

张倩专家教授 2009 年于浙大管理科学与工程学校获博士研究生，2009-2015 年依次于新加坡国立大学化学系、波士顿学院数学系、休斯顿大学数学系从业博士研究生科学研究工作中，在国际性著名学术期刊上发布 SCI 毕业论文 70 余篇，第一作者 / 通讯作者毕业论文 40 余篇，4 篇毕业论文当选 ESI 高被引论文。