Ingenjörer vid North Carolina State University har demonstrerat en flexibel enhet som skördar värmeenergin från människokroppen för att övervaka hälsan. Enheten överträffar alla andra flexibla skördare som använder kroppsvärme som enda energikälla.

I ett papper publicerat i Tillämpad energi , NC -statens forskare rapporterar betydande förbättringar av den flexibla kroppsvärmeskördaren som de rapporterade första gången 2017. Skördarna använder värmeenergi från människokroppen för att driva bärbar teknik - tänk på smarta klockor som mäter din puls, syre i blodet, glukos och andra hälsoparametrar - som aldrig behöver ladda batterierna. Tekniken bygger på samma principer för styva termoelektriska skördare som omvandlar värme till elektrisk energi.

Flexibla skördare som anpassar sig till människokroppen är mycket önskvärda för användning med bärbar teknik. Mehmet Ozturk, en NC State professor i el- och datateknik och motsvarande författare till uppsatsen, nämnde överlägsen hudkontakt med flexibla enheter, liksom de ergonomiska och komfortmässiga övervägandena för enhetens bärare, som kärnorsakerna bakom att bygga flexibla termoelektriska generatorer, eller TEG.

Prestandan och effektiviteten hos flexibla skördare, dock, går för närvarande långt bakom styva enheter, som har varit överlägsna i sin förmåga att omvandla kroppsvärme till användbar energi.

"Den flexibla enheten som rapporteras i detta dokument är betydligt bättre än andra flexibla enheter som hittills har rapporterats och närmar sig effektiviteten hos styva enheter, vilket är mycket uppmuntrande, "Sa Ozturk.

Den proof-of-concept TEG som ursprungligen rapporterades 2017 använde halvledarelement som var elektriskt anslutna i serie med vätskemetallkopplingar av EGaIn-en giftfri legering av gallium och indium. EGaIn gav både metallliknande elektrisk konduktivitet och töjbarhet. Hela enheten var inbäddad i en töjbar silikonelastomer.

Den uppgraderade enheten använder samma arkitektur men det förbättrar avsevärt värmeutvecklingen i den tidigare versionen, samtidigt som densiteten hos halvledarelementen som ansvarar för omvandling av värme till elektricitet ökar. En av förbättringarna är en förbättrad silikonelastomer - i huvudsak en typ av gummi - som inkapslar EGaIn -anslutningarna.

"Nyckeln här är att använda en silikonelastomer med hög värmeledningsförmåga dopad med grafenflingor och EGaIn, "Sade Ozturk. Elastomeren ger mekanisk robusthet mot punkteringar samtidigt som den förbättrar enhetens prestanda.

"Genom att använda denna elastomer kunde vi öka värmeledningsförmågan - värmeöverföringshastigheten - med sex gånger, möjliggör förbättrad lateral värmespridning, " han sa.

Ozturk tillade att en av teknikens styrkor är att den eliminerar behovet av enhetstillverkare att utveckla nya flexibla, termoelektriska material eftersom det innehåller samma halvledarelement som används i styva enheter. Ozturk sa att framtida arbete kommer att fokusera på att ytterligare förbättra effektiviteten hos dessa flexibla enheter.

Yasaman Sargolzaeiaval, Viswanath P.Ramesh, Taylor V. Neumann, Veena Misra, Michael Dickey och Daryoosh Vashaee var medförfattare till tidningen. Gruppen har också nyligen patent på tekniken.