陈根：体温发电机，用节能方式助力可穿戴设备_风闻

文/陈根

煤炭和石油的发现与利用使人类告别了农耕文明，进入了工业文明。200多年化石能源的使用，在给人类社会带来巨大进步的同时，也给人类社会造成了日益严峻的环境问题和气候问题。

不可再生能源的全球危机下，可持续新能源，如太阳能、地热/海洋热、自然机械能（风能、潮汐以及其他自然机械能）等，不得不逐渐取代化石能源成为支撑社会运转和人们生活的主力，下一场能源革命也将由此展开。当然，除了这些被人们熟知的新能源外，人体体温也在成为新能源的道路上不断发展。

4 月 29 日，《细胞报告物理科学》杂志上，来自哈尔滨工业大学的科研小组称，他们****成功开发出一种小型、灵活的装置，该装置可以将人体皮肤散发的热量转化为电能，且能实时为LED 灯供电，而且测试表明，该装置至少可经受 10000 次反复弯曲，性能没有明显变化。

其研究的开展从可穿戴电子产品入手。通常，可穿戴电子设备的功耗为 100 纳瓦（nW）到10 毫瓦（mW）不等，由一个微小的电池包模块来供电，电量耗尽了可以循环充电，而****想要提升续航时间，除了去改进电池和低功耗系统的性能，就是发明一种全新的供电方式。

作为传统电池的一种极具吸引力的替代品，热电发电机（TEGs）拥有无工作流体、无运动部件、运行安静、可靠性高、便于携带等独特性能，有望打造出一种创新解决方案。但传统的TEGs 材料是刚性的，与可穿戴电子设备不好兼容，因此，设计和制造柔性热电发电机（flexible TEGs）成了很多科研团队的目标。

这项最新发表的研究成果包含了四大亮点：一是用 Mg3Bi2 基热电材料制作了柔性热电发电机（FTEG）；二是具有超低导热系数的多孔聚氨酯（PU）基体提高了输出电压；三是设计了具有高效传热表面的柔性印刷电路板（FPCB）电极；四是该 FTEG 器件具有高功率密度和高可靠性。

经过多种材料组合测试和方案改进，研究人员最终获得一种接近预期的 FTEG 设计，当环境温度为 289k（空气速度为 1.1m/s）时，在人的手臂上显示出每平方厘米 20.6 微瓦（W）的峰值功率密度，在温差为 50k 时显示出每平方厘米 13.8 毫瓦（mw）的峰值功率密度。

**在弯曲半径为 13.4 毫米的情况下，10000 次弯曲循环后没有显著变化（小于 1.4%）。**最后，将尺寸为 28.8mm×115.2mm×2.5mm 的 FTEG 连接到人的手臂上，成功点亮了一盏 LED灯，这表明所制备的 FTEG 有可能成为日常生活中某些可穿戴电子设备的实时电源。

不论从新能源角度，还是新材料角度，此次“体温发电机”的研发都是一次突破，这意味着，在未来或可以取代传统电池，为可穿戴电子产品提供电力，并且，是以一种节能的方式。