比翱起源于国际知名科学理论（Biot，多孔介质理论），是传承百年的多孔介质研究和材料物理特性设计领域的经典理论！比物此志，翱翥未来。比翱科技集团致力于成为科技创新和工业研发领域的世界级工程生态平台。比翱DNA以其人类价值为特征，这些价值体现在我们所有的行为和项目中。这些价值观是我们的特质，是我们内部和外部活动不可或缺的一部分。
新书上市丨《多孔介质中的声传播：吸声材料的建模》
最近，采用超材料技术，研究人员成功地创造了一种具有高度灵活性的新型热电发电机（TEG）。TEG在可穿戴装备领域将面临哪些挑战，研究人员证明了什么，这些装备实用吗？
韩国电工研究院（KERI）的Hyekyoung Choi博士（左）和Min Ju Yun博士（右）演示了使用超材料开发的可拉伸和柔性热电发电机。
尽管技术取得了许多进步，但可穿戴电子产品仍然是一个利基市场，面临着许多挑战。其中一个挑战是对脊状电子元件的依赖，这些元件不能与皮肤有机弯曲和折叠，这意味着实用的可穿戴设备通常很笨重，本质上是脊状的。虽然柔性电子元件正在开发中，但它们远不如传统元件那样实用或商业化。
可穿戴设备面临的第二个挑战是电源。当前能够舒适佩戴和随人体弯曲的电源几乎不存在。具有一定灵活性的电源要么仍在开发中，要么缺乏为最简单的电路供电所需的能量密度。一些研究人员并没有尝试去制造出为未来可穿戴设备供电的柔性电池，而是在探索可穿戴热电发电机（TEG）的使用。与电池不同，只要佩戴者和周围空气之间有足够的温度梯度，TEG就能够无限期地产生电力。
很明显，这种供电方式也会产生一些问题。世界各地的各种气候条件下，任何佩戴的TEG的性能都会大不相同。例如，一个经过优化的TEG在英国天气下工作，在那里外界温度永远不会超过体温，但如果不能改变其工作特性，它将无法在沙漠气候下工作。更重要的是，尽管可穿戴TEG可能带来种种好处，但很难找到能够支持灵活设计的材料。目前正在开发的大多数TEG都是基于陶瓷材料，当拉伸和压缩时，陶瓷材料会在垂直平面中伸长。
因此，研究人员正在试图创造出具有良好热性能的精细TEG结构，这些结构可以在没有损坏的情况下进行操作，这项工作非常有挑战。
认识到可穿戴电子设备和TEG面临的挑战，韩国能源技术研究所材料研究中心的一组研究人员最近发表了一种利用超材料技术进行新型TEG开展研究的成果。
所讨论的材料是一种用于支撑TEG的衬垫，它具有一种超结构，当压缩或拉伸时，材料的每一侧都会以相同的方式发生变化。这种材料具有负泊松比特性，并且可以是一种确保柔性电子器件在拉伸和压缩时保持其形状和结构的理想材料。
TEG最新进展的一个突破性方面是引入了一种部分充气的可变形垫圈。这种支撑热电腿的垫圈在减少热损失和改善皮肤的热传递方面起着关键作用。与传统的TEG相比，这种设计创新使温度梯度增加了30%，显著提高了能量转换效率。这种效率的提高可能会改变可穿戴TEG的实际应用。
探索可拉伸热电发电机的创新设计：该图展示了具有膨胀变形垫圈的可拉伸热电发电机（TEG）的设计和制造。A）对比了传统的刚性TEG、柔性硅填充TEG和新型可变形垫圈基TEG，突出了设计中的部分气隙。B）显示了膨胀结构垫圈的未变形和变形状态，表现出负泊松比。C）左侧显示了TEG的示意图，右侧显示了实际制造的TEG模块，其特征是8对热电腿连接到半径为40 mm的曲面上。
垫圈的拉胀超结构以负泊松比为特征，是新型TEG的一个关键特征。这种独特的特性使材料能够均匀地膨胀和收缩，使其高度适应人类皮肤的轮廓。这种适应性不仅提高了舒适性，还确保了一致的性能，这是可穿戴技术的一个关键因素。
创建垫圈涉及硅树脂与气隙的组合，但尽管这些气隙有助于产生负泊松比，但也有助于为集成TEG提供隔热。根据研究人员的说法，成品TEG装备的可拉伸性比之前在TEG领域的所有尝试都提高了35%，并且能够提供比之前研究高出20倍的能量密度。
该装备的测试产生了约2至3µW/cm2的能量密度，这远远不足以为日常设备供电，但与之前的工作相比，这是一次重大升级。此外，这些数字是在23˚C的环境温度下实现的，使这些装备能够在大多数商业和住宅环境中工作，即使在炎热的气候中也是如此。最后，研究人员在人的手臂上演示了可穿戴TEG，它能够为小型LED供电。
虽然研究人员所做的工作确实很巧妙（毫无疑问会带来新的发现和发展），但为电子设备供电的可穿戴TEG不太可能实现。除非处理器技术能够变得超高效，以至于智能装备的功耗不到一瓦，否则TEG的微小功率输出永远不够。
这并不是说这种TEG在未来不会得到应用；它们很可能非常适合小型物联网设备的能量收集，大规模部署在偏远地区，或者用于只需要偶尔供电的设备。但是，说TEG可以在一天内为可穿戴设备供电，这纯粹只是一个梦想，而不是一个可以轻易实现的实际目标。当然，未来，一切都有可能！
比翱科技集团有限公司（ProBiot Group），是科技创新与工业研发领域的行业领先平台与现代工程技术服务商，致力于基础科学与科研成果的前沿技术研究、知识体系构建、工业转化、创新研制、标准化与产业推进，赋能国家智能制造与民生工程，构建高科技工程与产业生态平台。
比翱科技集团在理论研究、科技创新、正向设计、测量测试、高性能仿真、人工智能、新材料与新技术研究、工程开发与咨询、计量校准、虚拟试验及验证、软硬件及功能材料产业化研制等方面拥有国内外专家工程团队、自研技术、系统创新能力和广泛的国际合作资源，为全球用户提供工业研发专项领域的先进技术、产品、解决方案与工程服务。
比翱科技集团旗下比翱研究院、比翱工程实验室、比翱声学技术有限公司、智慥链等功能平台，基于国家在发展智能制造基础能力平台建设的政策指导，针对于“新材料、新声学、新技术”先行研究和全链路工程技术体系建设的实际需求，致力于成为多物理场建模-表征-验证、声振工程设计、虚拟试验与数智化、功能材料与结构创新研制等领域的现代技术服务商和世界级工程生态平台。
免责声明：部分资料来源网络，转载目的在于传递信息及分享，并不意味赞同其观点或其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时删除。
