體溫就能發(fā)電！可穿戴設(shè)備有望告別電池

智能手表、智能眼鏡、健康檢測器……可穿戴電子設(shè)備在生活中隨處可見。它們的便攜性和智能化功能極大地提升了人們的生活質(zhì)量。然而，這些設(shè)備需要頻繁充電，無疑是一個讓人頭疼的問題。近日，科學(xué)家們發(fā)明了一種能將人體熱量轉(zhuǎn)換為電能的超高效、靈活的可穿戴熱電設(shè)備。相關(guān)研究成果在國際期刊《自然·通訊》上發(fā)表。

可穿戴熱電設(shè)備的工作原理是離子熱電效應(yīng)。離子熱電效應(yīng)是指當(dāng)受熱物體中的離子隨著溫度以梯度式由高溫區(qū)往低溫區(qū)移動時產(chǎn)生電流的一種現(xiàn)象。這款可穿戴熱電設(shè)備能利用人體溫度和周圍較冷空氣之間的溫差，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，熱電轉(zhuǎn)換效率達到了8.53%，遠超商業(yè)化所需的5%的門檻。

制造這款可穿戴熱電設(shè)備的離子凝膠材料，結(jié)合了分子工程和結(jié)構(gòu)設(shè)計。研究團隊選用了聚乙烯醇、鐵氰化物、硫酸胍等原料，通過一種特殊的定向冷凍鑄造和鹽析過程，制造出具有蜂窩狀對齊通道的離子凝膠材料。凝膠材料中的蜂窩狀對齊通道不僅能存儲大量離子，還能加速離子傳輸，從而進一步提升可穿戴熱電設(shè)備的熱電性能。

與傳統(tǒng)的可穿戴電子設(shè)備相比，此款可穿戴熱電設(shè)備的性能有了全面提升，無需充電且具有極高的機械強度和柔韌性，擁有高達900%的延展率及70.65兆焦/立方米的機械韌性，這意味著它能在遭受外部沖擊時保持完好。

可穿戴熱電設(shè)備的環(huán)境友好性也是其一大優(yōu)勢。作為一種利用人體熱量的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，它減少了對傳統(tǒng)能源的依賴，有助于減少電子廢棄物。在全球越來越關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和減少碳排放的今天，可穿戴熱電設(shè)備代表了一種向綠色能源過渡的積極嘗試。

隨著科技的不斷進步，可穿戴熱電設(shè)備的應(yīng)用范圍將越來越廣泛。在運動和健身領(lǐng)域，基于熱電效應(yīng)的運動追蹤器和智能手表等可穿戴熱電設(shè)備，可收集運動中產(chǎn)生的熱量，將其轉(zhuǎn)化為電能，延長設(shè)備的使用時間。

對于需要在惡劣環(huán)境下長時間工作的軍事人員和探險者，可穿戴熱電設(shè)備還可作為電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力來源，保障關(guān)鍵通信和導(dǎo)航設(shè)備的連續(xù)運行，提高野外的生存能力和任務(wù)執(zhí)行效率。

在醫(yī)療健康領(lǐng)域，可穿戴熱電設(shè)備與醫(yī)療監(jiān)測技術(shù)結(jié)合，將為患者帶來更加便捷和持續(xù)的生理監(jiān)測解決方案，有助于醫(yī)生實時了解患者的健康狀況，及時作出醫(yī)療決策，提高醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率。

可穿戴熱電設(shè)備為我們提供了一種全新的能源解決方案，它不僅能提高可穿戴設(shè)備的使用便利性，還具有推動能源技術(shù)發(fā)展和環(huán)境保護的潛力。我們有理由相信，可穿戴熱電設(shè)備將在未來的智能電子設(shè)備領(lǐng)域扮演重要角色，為我們帶來更加便捷和環(huán)保的智能穿戴體驗。

（作者李傳福系華中科技大學(xué)綠色能源工業(yè)研究中心工程師、英國皇家化學(xué)會會員）

來源丨科普時報