可伸缩热电可穿戴设备的3D软架构,具有电自愈和损坏耐受性
Youngshang Han1,2, Halil Tetik1, Mohammad H Malakooti1,2,3
1Department of Mechanical Engineering, University of Washington, Seattle, WA, 98195, USA.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|August 30, 2024
概括
高可拉伸的热电器件 (TED) 使用3D软架构和自愈液体金属导体实现了优越的发电. 这些强大的设备在自我可持续的可穿戴电子产品中提供了有前途的应用.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 收集能源 收集能源
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 灵活的热电设备 (TED) 对小规模发电和热管理至关重要,但在伸展性,能量转换效率和耐用性方面往往面临限制.
- 现有的TED努力平衡机械灵活性与强大的热电性能,阻碍它们在可穿戴和可适应电子产品中的广泛应用.
研究的目的:
- 开发高度可拉伸和坚固的热电设备 (TED),克服当前灵活的热电技术的局限性.
- 通过创新的材料设计和结构工程,提高灵活TED的能量转换效率和功率密度.
主要方法:
- 实现3D软架构,多功能复合材料,自愈液体金属导体和刚性半导体.
- 使用3D打印创建具有不同保温充填比率 (0%,12%,100%) 的多功能弹性体,以优化热电性能.
- 通过多物理模拟验证独特的TED设计.
主要成果:
- 实现了高达230%的极高拉伸能力.
- 在10°C的低温梯度下,证明了115.4μW cm−2的高功率密度.
- 表现出了显著的损伤耐受性,在多次刺穿和广泛的拉伸周期 (2000个周期在50%的应变) 后保持功能.
结论:
- 开发的3D架构热电器件在伸展性,能量转换和灵活电子产品的强度方面取得了重大进展.
- 这些TED展示了为可穿戴传感器供电,充电电池和照明LED的潜力,通过吸收身体热量,为自我可持续的电子系统铺平了道路.
