陳根：體温發電機，用節能方式助力可穿戴設備_風聞

文/陳根

煤炭和石油的發現與利用使人類告別了農耕文明，進入了工業文明。200多年化石能源的使用，在給人類社會帶來巨大進步的同時，也給人類社會造成了日益嚴峻的環境問題和氣候問題。

不可再生能源的全球危機下，可持續新能源，如太陽能、地熱/海洋熱、自然機械能（風能、潮汐以及其他自然機械能）等，不得不逐漸取代化石能源成為支撐社會運轉和人們生活的主力，下一場能源革命也將由此展開。當然，除了這些被人們熟知的新能源外，人體體温也在成為新能源的道路上不斷發展。

4 月 29 日，《細胞報告物理科學》雜誌上，來自哈爾濱工業大學的科研小組稱，他們****成功開發出一種小型、靈活的裝置，該裝置可以將人體皮膚散發的熱量轉化為電能，且能實時為LED 燈供電，而且測試表明，該裝置至少可經受 10000 次反覆彎曲，性能沒有明顯變化。

其研究的開展從可穿戴電子產品入手。通常，可穿戴電子設備的功耗為 100 納瓦（nW）到10 毫瓦（mW）不等，由一個微小的電池包模塊來供電，電量耗盡了可以循環充電，而****想要提升續航時間，除了去改進電池和低功耗系統的性能，就是發明一種全新的供電方式。

作為傳統電池的一種極具吸引力的替代品，熱電發電機（TEGs）擁有無工作流體、無運動部件、運行安靜、可靠性高、便於攜帶等獨特性能，有望打造出一種創新解決方案。但傳統的TEGs 材料是剛性的，與可穿戴電子設備不好兼容，因此，設計和製造柔性熱電發電機（flexible TEGs）成了很多科研團隊的目標。

這項最新發表的研究成果包含了四大亮點：一是用 Mg3Bi2 基熱電材料製作了柔性熱電發電機（FTEG）；二是具有超低導熱係數的多孔聚氨酯（PU）基體提高了輸出電壓；三是設計了具有高效傳熱表面的柔性印刷電路板（FPCB）電極；四是該 FTEG 器件具有高功率密度和高可靠性。

經過多種材料組合測試和方案改進，研究人員最終獲得一種接近預期的 FTEG 設計，當環境温度為 289k（空氣速度為 1.1m/s）時，在人的手臂上顯示出每平方釐米 20.6 微瓦（W）的峯值功率密度，在温差為 50k 時顯示出每平方釐米 13.8 毫瓦（mw）的峯值功率密度。

**在彎曲半徑為 13.4 毫米的情況下，10000 次彎曲循環後沒有顯著變化（小於 1.4%）。**最後，將尺寸為 28.8mm×115.2mm×2.5mm 的 FTEG 連接到人的手臂上，成功點亮了一盞 LED燈，這表明所製備的 FTEG 有可能成為日常生活中某些可穿戴電子設備的實時電源。

不論從新能源角度，還是新材料角度，此次“體温發電機”的研發都是一次突破，這意味着，在未來或可以取代傳統電池，為可穿戴電子產品提供電力，並且，是以一種節能的方式。