北卡羅來納州立大學(xué)的研究團(tuán)隊最新研制的熱電式發(fā)電裝置的厚度只有2毫米，而這個“小方片”裝置卻能夠?qū)⑷梭w的高效的將熱能裝換成為電能。

　　該裝置的導(dǎo)熱材料存在于“小方塊”裝置的表層，并且向外擴(kuò)散熱量，在“小方塊裝置”的頂部會涂有一層聚合物材料，通過這個聚合物層吸收熱量傳導(dǎo)到裝置內(nèi)部產(chǎn)生電能。

　　此前研究人員大膽的想象，計劃把這個裝置嵌入認(rèn)得T恤衫中，但是研究發(fā)現(xiàn)“小方塊”裝置收集熱量最高效的部位是人體的上臂。

　　新型熱電式發(fā)電裝置誕生

　　在不久的將來你將會發(fā)現(xiàn)，拼命的工作、劇烈的運動所帶來的并不僅僅是你的Fitbit手環(huán)上所顯示的心跳頻率的加快，而且這個過程還能帶來足夠的電能為你的設(shè)備進(jìn)行充電。

　　目前，研究人員正在加緊時間開發(fā)設(shè)計一款新的設(shè)備，這個設(shè)備可以收集人體所散發(fā)出來的熱量，將這些熱量轉(zhuǎn)換成為電能，而這些電能就可以為我們的可穿戴設(shè)備以及智能手機(jī)等等進(jìn)行充電。

　　該裝置設(shè)計成為了一個符合人體構(gòu)造規(guī)律的 “小方塊” ，并且把導(dǎo)電層涂抹在上面，通過位于這個裝置中央的熱電式發(fā)電機(jī)就可以將人體的熱能進(jìn)行有效的收集，并且將收集到的熱量轉(zhuǎn)換成為我們所需要的電能。

　　而這一切設(shè)計的源泉都來自于北卡羅來納州立大學(xué)，他們所設(shè)計的裝置能夠更加高效的收集熱能，之前的一些輕量級的熱收集裝置通常只能夠產(chǎn)生1微瓦/平方厘米或者更少的電能，而北卡羅來納州立大學(xué)所研制的設(shè)備卻能夠產(chǎn)生20微瓦/平方厘米，足足是原熱收集裝置的20倍。

　　新型熱電式發(fā)電裝置工作原理

　　北卡羅來納州立大學(xué)電氣與計算機(jī)工程方面的副教授Daryoosh Vashaee 在一篇熱電式發(fā)電機(jī)相關(guān)的論文中表示“可穿戴式熱電發(fā)電機(jī)(TEGs)的發(fā)電原理主要是利用空氣與人體的溫度差異來產(chǎn)生電能。”

　　文章中還表示：“以前的熱電式發(fā)電機(jī)通常都會采用一個散熱片來作為其核心元件，而這個原件異常的沉重，而且僵硬、笨拙。不僅如此，這種熱電式發(fā)電機(jī)（TEG）只能產(chǎn)生1微瓦/平方厘米或者更少的電能。而我們團(tuán)隊所研制的裝置，可以將電能產(chǎn)量提高到20微瓦/平方厘米，與此同時，該裝置將不會使用散熱片，這也使得裝置本身更加輕便、使用起來的感覺更加舒適。”

　　整個電熱式發(fā)電裝置的工作過程首先是從一個導(dǎo)熱層開始的，這個導(dǎo)熱層與皮膚緊緊貼在一起，因此，可以更加高效的進(jìn)行熱量的收集以及傳導(dǎo)。

　　此外，在裝置的頂部還會有一個聚合物層，這個聚合物層的作用就是減少人體的熱量的損失以及傳導(dǎo)到裝置內(nèi)部的熱量的損失。

　　而位于整個熱電式發(fā)電機(jī)組件中心的熱電發(fā)電機(jī)（TEG），雖然只有1平方厘米的面積，但是卻可以從人體的皮膚上吸收大量的能量，并且能夠?qū)⒛芰窟M(jìn)行傳遞，最后轉(zhuǎn)換成為電能，供我們使用。

　　如果說，熱能通過熱電式發(fā)電機(jī)（TEG）傳導(dǎo)到導(dǎo)熱材料層的外層，那么，這部分熱能將不會被轉(zhuǎn)換成為電能，因為，這部分能量會在人體的體外迅速的消散損失掉。

新型熱電式發(fā)電裝置的優(yōu)勢

　　這個熱電式發(fā)電裝置的研發(fā)制作團(tuán)隊表示：“我們所研發(fā)的這套熱電式發(fā)電裝置的厚度只有兩毫米，所以說它是一個非常輕便、簡潔的裝置。”

　　為北卡羅來納州美國國家科學(xué)基金會的納米技術(shù)工程研究中心的先進(jìn)的自供電系統(tǒng)的集成傳感器技術(shù)（ASSIST）項目工作的Vashaee表示：“這個電熱發(fā)電裝置的電熱發(fā)電機(jī)（TEG）的大小只有1平方厘米，結(jié)構(gòu)設(shè)計異常輕便、簡潔，但是，如果目前的電量難以滿足設(shè)備的用電需求的話，我們可以輕松的擴(kuò)大電熱發(fā)電機(jī)（TEG）的大小，來增加發(fā)電量，供人們使用。”

　　最佳的集熱部位的選擇

　　在創(chuàng)建這種新型電熱發(fā)電裝置的同時，研究人員還發(fā)現(xiàn)，人體最高效的熱量收集部位就是人體的上臂。

　　雖然手腕關(guān)節(jié)附近的溫度一般較其他部位的溫度要高，但是考慮到手腕關(guān)節(jié)的特殊的結(jié)構(gòu)，使得熱電式發(fā)電機(jī)（TEG）并不能與人體皮膚很好的接觸，所以熱傳導(dǎo)效率大大降低，得不償失，所以手腕并不是最佳的集熱部位。

　　研究人員還對胸部集熱效果進(jìn)行了測試，但是，測試結(jié)果顯示，胸部也不是最佳的集熱地點，因為我們通常會在上半身穿上衣服，如果這個裝置安裝在胸部的話，衣服會影響空氣的流動，影響集熱發(fā)電的效果。

　　因此，研究人員還曾經(jīng)嘗試，將這個電熱發(fā)電裝置嵌入衣服里面，但是測試結(jié)果顯示，其效果并不理想，因為其發(fā)電效果只能達(dá)到6微瓦/平方厘米，即便是人在劇烈運動的情況下，也僅僅只可以達(dá)到16微瓦/平方厘米的發(fā)電效果。

　　Vashaee表示：“雖然，實驗證明，將電熱發(fā)電裝置嵌入衣服里面是可行的，但是，將裝置固定在人體的上臂上似乎是一種高更加高效和便捷的方式。”

　　熱電式發(fā)電手環(huán)未來可期

　　Vashaee還聲稱：“自供電系統(tǒng)的集成傳感器技術(shù)（ASSIST）項目的初衷就是希望這些可穿戴設(shè)備的技術(shù)能夠長期監(jiān)測人體的健康狀況，比如，跟蹤心臟的健康狀況、監(jiān)測物理環(huán)境的變化來預(yù)測和防止哮喘病的發(fā)作等等。想要達(dá)到這樣的效果，我們需要制造出不需要經(jīng)常更換電池或者需要經(jīng)常插電進(jìn)行充電的設(shè)備，而我們目前所設(shè)計的這個裝置就可以作為以后市場化產(chǎn)品的原型，相信有了這個原型，未來我們一定會把我們的這個想法變成現(xiàn)實。