《自然通讯》报道江莞课题组 在柔性可穿戴热电器件的最新进展

发布者:周蓓莹发布时间:2020-10-09浏览次数:86

随着移动电子产品的迅速普及和更新换代,可穿戴式供电器件成为当下研究热点。温差发电机(热电器件)可利用人体和周围环境之间的温差持续发电,无任何传动部件,有望为移动电子产品提供永久电源。织物智能化配置无疑是实现热电器件可穿戴性的最有效途径。然而,传统织物的二维结构只能收集平面内的热量,无法匹配人体与环境的热流方向,并且难以实现持续供电与肢体动作的兼容性,从而限制热电器件的可穿戴应用,成为困扰研究者多年的问题。尽管以绝缘基底作为支撑能有效改善热流方向匹配问题,但支撑基底牺牲穿戴体验,同时造成热量分流,降低输出。

针对热电器件难以实现真正可穿戴应用的问题,我校江莞教授、王连军教授和美国西北大学G.Jeffrey Snyder教授合作,巧妙利用弯曲纤维弹性力关系实现热电模块自支撑,构筑了三维可拉伸热电织物。该热电器件的拉伸应变可达80%,能实现持续供电与人体肢体动作的兼容性;基于热设计优化和结构优化,在44K温差下,输出功率密度可达70mWm-2;同时,可满足热电模块非可视化的大面积热量收集。所构筑三维热电织物穿戴体验良好,实现了适合人体运动的热电器件的可穿戴应用。相关论文以“热电纤维编织构筑可拉伸热电织物基发电机”为题,发表在《自然通讯》(2020,11,572)上。材料学院博士生孙婷婷为第一作者。

在这项工作中,研究团队首次提出基于静电喷射方法将π型热电单元精确集成到碳纳米管纤维上。静电喷射含不饱和键的掺杂剂可实现碳纳米管的高效n型掺杂及准确定位。


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