日本著名制表公司精工(SEIKO)曾出版过体温供电的石英表《精工热》(Seiko Thermic)，并在早期尝试将热电技术应用于手表。然而，在一个普通纽扣电池可以支撑石英表1-3年的时代，这款产品虽然引人注目，但并没有取得商业成功。
后来，2016年，硅谷创业公司Matrix Industries在Indiegogo上发布了全球首款纯热电智能手表Powerwatch，引起了广泛关注。
事实上，将体温发电与可穿戴设备相结合在今天仍然是一项创新。
最近，哈尔滨工业大学的一组研究人员开发了一种小型可穿戴设备，可以将人体皮肤的热量转化为电能。
把装置戴在手腕上就可以给LED灯供电了。
2021年4月29日，相关研究成果发表在《细胞报告物理科学》(Cell Reports Physical Science)杂志上，题为《一种基于Mg3Bi2的热电模块的可穿戴实时电源》。
灵活的“温度发生器”
我们来看看什么是热电技术。
在由两种金属组成的回路中，如果两种金属交界处的温度不同，而较暖区域的电子被加热并向较冷区域移动，回路中就会产生电位差(电压)，连接它们的导线上就会产生电流。
简而言之，这项技术利用热电器件的温差来产生电压。
我们之前提到过，热电技术由于电流较弱，只能给能量需求不大的设备供电，可穿戴设备基本组件的功耗一般在100 MW(纳瓦)到10mW(毫瓦)之间(如下图所示)。基于此，将该技术应用于可穿戴设备和人体植入设备将是一个很好的选择。
在研究人员看来，“热电发电机”是一种很有前途的应用。
三甘醇因其独特的特性，如无工作液、无运动部件、运行安静、可靠、便携等，将是传统电池的良好替代品。
正如研究人员所说：
TEG可以收集零散的体温等低质热量，转化为电能。
然而，值得注意的是，传统的刚性三甘醇难以与可穿戴产品兼容，因此研究人员的目标是设计一种柔性三甘醇(FTEG)。
发光二极管灯实时电源
在材料方面，研究人员设计的FTEG包括P型碲化锑(Sb2Te3)和N型镁铋(Mg3Bi2)、多孔聚氨酯(PU)基体和柔性印刷电路板(FPCB)电极。
我们已经注意到，氮型Mg3Bi2基材料被学术界认为是近室温应用的高质量材料。此外，根据《中国科学报》:
市场上的三甘醇很大程度上依赖稀有金属碲，而镁基材料在新设计中部分替代碲基材料，可以降低大规模生产的成本。
下图显示了材料的电阻率()、塞贝克系数(s)、功率因数(PF)、热导率()和ZT(品质因数)。
最终数据显示，FTEG设备具有低热旁路和高热接触面。当设备放置在环境温度为16摄氏度(气流速度为1.1m/s)的手臂上时，峰值功率密度约为20.6W/cm2。当温差为-223.15时，峰值功率密度为13.8 mW/cm2。
此外，在弯曲半径为13.4毫米的情况下，设备在10，000次弯曲循环后没有显著变化(小于1.4%)
研究人员将尺寸为28.8 115.2 2.5 mm3的FTEG设备放在手臂上，并成功点亮了LED灯——，这表明FTEG设备有潜力为可穿戴设备提供实时电源。
研究团队来自哈尔滨工业大学物理学院、微纳光电信息系统理论与技术重点实验室、材料科学与工程学院材料基因组与大数据研究所柔性印刷电子技术中心、先进焊接与连接国家重点实验室。
本文作者是哈尔滨工业大学材料科学与工程学院教授张骞。
据公开信息，张骞教授的研究团队的研究方向是热电半导体能源材料，包括热电材料合成、电声输运调控、热电器件相关研究等。
张骞教授于2009年获得浙江大学材料科学与工程学院博士学位。2009-2015年在新加坡国立大学化学系、波士顿学院物理系、休斯顿大学物理系担任博士后研究员。在国际知名期刊上发表SCI论文70余篇，第一作者/通讯员论文40余篇，入选ESI高被引论文4篇。
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