3D列印柔性可穿戴設備用體溫發電

華盛頓大學研究人員開發出首個將體熱轉化為電能的柔性可穿戴熱電設備。

圖片來源：《先進能源材料》 

從健康監測、健身追蹤器到虛擬現實耳機，可穿戴電子産品已成為我們日常生活的一部分。美國華盛頓大學研究人員近日在《先進能源材料》雜誌上發表論文稱，他們首創了一種柔性可穿戴熱電設備，能將體熱轉化為電能。該設備具有通常很難結合起來的特性：既柔軟又可拉伸，既堅固且高效。

華盛頓大學機械工業助理教授穆罕默德·馬拉庫迪説：“如果我們將浪費在周圍環境中的熱能收集起來，這就是100%的收益。但要將這種能量用於自供電電子設備，需要更高的功率密度。利用3D列印製造出的可拉伸電子産品，能提高效率並使其無縫整合到可穿戴設備中。”

研究人員製造出一種原型設備，即使在30%的應變下進行了15000多次拉伸迴圈後，仍保持完整功能，這對可穿戴電子設備和柔性機器人非常理想。與以前的可拉伸熱電發電機相比，該設備的功率密度提高了6.5倍。

為製造這種原型設備，研究人員3D列印了在每一層都具有工程化功能和結構特性的複合材料，填充材料含有液態金屬合金，可提供高導電性和導熱性。這些合金解決了以前設備的局限性，包括無法拉伸、低效熱傳遞和複雜的製造工藝等。該團隊還嵌入了空心微球，將熱量引導至核心層的半導體，並減輕了設備的重量。

研究人員表示，他們可將這種設備列印在可拉伸的紡織布料和曲面上，這表明未來的設備可以應用於服裝和其他物體。該研究的一個獨特方面是，它涵蓋了從材料合成到器件製造和表徵的整個範圍，這讓研究人員可自由地設計新材料併發揮創造力。