近期,我校物理科学与工程技术学院苗蕾教授团队在可穿戴热电发电机的舒适性和设计策略方面取得重要进展。该研究提出了一种基于经典夹层结构热电模型的高输出功率、舒适可穿戴热电发电机系统的新设计。研究成果以“Comfortable wearable thermoelectric generator with high output power”为题,发表在国际顶级期刊Nature Communications上。该论文的第一作者系物理科学与工程技术学院教授苗蕾,博士后朱思靖为共同第一作者,通讯作者系苗蕾教授和筑波大学Takao Mori教授,我校为该论文的第一完成单位。
可穿戴热电发电机能够将人体热量转化为电能,为自供电的可穿戴电子设备提供了一种新的可靠的发电方法。然而,关于可穿戴热电发电机舒适度的研究一直缺乏,这是保证其可穿戴性的关键指标。研究团队通过显性公式解耦了可穿戴热电系统中舒适度(弯曲半径、皮肤温度和佩戴压力)和输出性能(包括功率和电压)之间的关系,提出了一种同时优化舒适度和输出功率的设计策略。为了验证这一设计策略,研究团队在国际上首次采用n型Mg3Bi2基和p型MgAgSb的镁基热电材料制备了表面面积为4.5×4.5cm2的可穿戴热电发电机,并在0.8kPa的佩戴压力和33℃的皮肤温度下实现了344μW(18.4μWcm-2)的输出功率(功率密度),符合实际佩戴条件。
我校物理科学与工程技术学院苗蕾教授团队致力于探索新型热电材料的合成与机理研究,制备高性能的热电转换器件,并积极推进热电器件在发电、制冷和控温方面的应用研究,拥有多件授权发明专利,在热电转换材料与器件领域具有显著影响力和卓越研究能力。该成果是苗蕾教授团队“热电材料与器件”课题组继在Energy Environtal Science, Advanced Energy Materials,Science Advances等国际具有重要影响力期刊发表热电材料和器件系列研究成果以来的又一重大突破,反映了该团队在基础科研、团队建设和研究生培养质量等方面的稳定进步。