最近,电子科学与工程学院的张晓生教授在《微系统与纳米工程》这一重要的自然学术期刊上发表了一篇论文,题为《耐磨多透镜双链热电发电机》(Wearable Multi-Sensing Double-Chain Thermelectric Generator&rdquo。 本工作开发了一种新的双链热电偶结构,使集热器能够集成电容传感功能,如液态水分子检测、温度检测。 电子学院博士生温丹亮,博士生邓海涛为论文共同第一作者,张晓生教授为论文通讯作者,电子科技大学为唯一作者单位。

传感技术,特别是可穿戴传感技术,作为连接物理世界和数字世界的桥梁,对物联网和人工智能的发展起着重要的促进作用。 然而,一些存在的问题使得可穿戴智能设备迎来了发展瓶颈,其中最关键的是电池寿命有限,电池造成的环境污染和集成度低造成的体积重量。 近年来,新型微纳能量采集技术通过将人体或环境的能量转化为电能可穿戴电子设备,如热能采集用热电器件,机械能采集用摩擦电气器件和压电器件,太阳能转换用光电池等,引起了许多研究者的关注。 其中,热电微纳能器件可以实现连续直流输出,具有小型化、减薄化和柔性可穿戴的特点,可以不断地从人体收集热量,并将其转化为电能输出。 因此,热电器件具有独特的优势,被认为是可穿戴智能器件能量供应方案最有前途的候选方案之一。 但是,传统 单链热电微能只能实现热能获取功能,不能与各种传感功能集成,不利于可穿戴智能设备的细化和集成发展。

“能量供应功能”智能复合集成可穿戴双链热电微能器件

针对上述问题,研究人员提出了一种新型的双链热电偶结构,热电微能器件(DC-ThEG)在保证热电采集性能的同时,与各种电容传感功能相结合。本文介绍了一种成熟的工业级图形印刷工艺和丝网印刷技术,用于印刷油墨状的n型热电材料(Bi2Te2.7Se0.3)和p型热电材料(Sb2Te3),在柔性聚合物(聚酰亚胺)衬底上形成双链热电偶链,然后用丝蛋白等介电材料填充双链结构的间隙,形成功能传感层。 实验结果表明,该双股热电发电机能提供可靠的能量供应(DT=50℃,Vout=151mV),并具有良好的机械稳定性和电气输出稳定性。 此外,由于丝蛋白具有优异的温度依赖性介电性能和独特的水分子选择性,该双链热电装置还实现了空气中的温度传感和液态水分子传感功能。研究团队证明,热电采集功能和多传感功能在可穿戴条件下可以共存。 最后,作为一个有吸引力的潜在应用,通过串并联转换电路实现了3.3V的公共功率输出接口,并实现了采集人体热能驱动的商用计算器的应用原型验证。 与传统的热电微能器件相比,这项工作集卓越于一身连续热电输出和各种传感功能在可穿戴智能设备中具有很大的应用潜力。

电子科学与工程学院微波电路与微系统集成团队长期从事智能集成微系统的研究,承担并参与了30多项国家和省级科研项目,在智能微纳电子系统和射频微波集成微系统的重要方向上取得了一系列研究成果。 张晓生学校教授、百岁计划负责人、博士生导师。 一个主要研究领域是微机电系统(MEMS),深入研究智能电路和集成微系统,面向物联网的可穿戴电子设备,微纳能量采集技术,取得了一系列成果。近五年在国际期刊上发表论文60余篇,其中影响因子大于12的地区有16篇论文,论文被SCI他引用1200次(谷歌引用2000次),其中ESI2篇高度引用论文;申请发明专利30余项(授权22项),出版英文专著2部。 选定副编辑,IEEE纳米技术交易编辑委员会作为成员的TRANSDUCERS2019,IEEE NEMS2017-2020技术委员会和主席的分支。 共获得中国电子学会优秀博士论文等荣誉奖项20余项。 自然通信,邀请ACS纳米,先进能源材料,纳米能源等国际重要 学术期刊的评审员。 (电子科技大学)