可穿戴健康技術(shù)得到效率提升

北卡羅萊納州立大學(xué)的工程師們展示了一種靈活的裝置，它可以從人體中獲取熱能，以監(jiān)測(cè)健康狀況。該裝置超越了所有其他使用身體熱量作為唯一能源的柔性收割機(jī)。

在一篇發(fā)表在“應(yīng)用能源”上的論文中，NC研究人員報(bào)告了他們?cè)?017年首次報(bào)告的柔性身體熱收割機(jī)的顯著增強(qiáng)。收割機(jī)使用人體的熱能來驅(qū)動(dòng)可穿戴技術(shù)-比如智能手表來測(cè)量你的心率、血氧、葡萄糖和其他健康參數(shù)-這些技術(shù)從來不需要充電。該技術(shù)依賴于同樣的原理來控制剛性熱電收割機(jī)，將熱量轉(zhuǎn)化為電能。

符合人體的柔性收割機(jī)是非常需要使用的可穿戴技術(shù)。電氣和計(jì)算機(jī)工程的NC州教授和論文的相應(yīng)作者M(jìn)ehmetOzturk提到了與柔性設(shè)備的優(yōu)越皮膚接觸，以及設(shè)備佩戴者的人機(jī)工程學(xué)和舒適性考慮，作為建造柔性熱電發(fā)電機(jī)或TEG的核心原因。

然而，柔性收割機(jī)的性能和效率目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于剛性設(shè)備，后者在將身體熱量轉(zhuǎn)化為可用能量的能力方面一直很優(yōu)越。

Ozturk說：“本文報(bào)道的柔性器件明顯優(yōu)于迄今報(bào)道的其他柔性器件，正在接近剛性器件的效率，這是非常令人鼓舞的。

最初在2017年報(bào)道的概念TEG的證明使用了半導(dǎo)體元件，這些半導(dǎo)體元件是用EGaIn-一種無毒的鎵和銦合金制成的液態(tài)金屬互連線串聯(lián)起來的。EGaIn提供了類似金屬的導(dǎo)電性和延展性。整個(gè)裝置被嵌入到可伸縮的硅彈性體中。

升級(jí)后的裝置采用了相同的結(jié)構(gòu)，但它大大改進(jìn)了以前版本的熱工程，同時(shí)增加了負(fù)責(zé)將熱量轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體元件的密度。其中一個(gè)改進(jìn)是改進(jìn)的硅彈性體-本質(zhì)上是一種橡膠-封裝EGaIn互連。

Ozturk說：“這里的關(guān)鍵是使用摻有石墨烯薄片和EGaIn的高導(dǎo)熱硅彈性體。該彈性體提供了機(jī)械魯棒性，以防止穿刺，同時(shí)提高了設(shè)備的性能。

他說：“使用這種彈性體使我們能夠?qū)?dǎo)熱系數(shù)——傳熱速率——提高六倍，從而改善橫向熱擴(kuò)散?！?/p>

Ozturk補(bǔ)充說，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是，它不需要設(shè)備制造商開發(fā)新的柔性熱電材料，因?yàn)樗嗽趧傂栽O(shè)備中使用的完全相同的半導(dǎo)體元素。Ozturk說，今后的工作將側(cè)重于進(jìn)一步提高這些柔性設(shè)備的效率。

Yasaman Sargolzaeiaval，Viswanat h P.Ramesh，Taylor V.Neumann，Veena Misra，Michael Dickey和Daryosh Vashashaee合著了這篇論文。該集團(tuán)還擁有該技術(shù)的最新專利。