外多家机构将电子装置嵌入服装和附件中制成智能化服装的开发研究。这种服装将为通讯、信息、安全和保健等领域产生重大变革。
德国慕尼黑Infineon Technologies公司开发了一种微型热电发生器芯片,可以利用人体表面周围的温差将热流转换成电能。温差发电器有许多比电池更好的性能如:可洗、坚固、符合环保、使用寿命长。还可舒适地镶嵌在服装内。
许多年来温差发电器仅局限用于空间飞行电子装置的供电。随着电热材料效率的提高,微电子电流耗电的降低和生产成本的降低,现在热电装置的应用有重要的突破。在此原理上运行的无电池手表已经商品化。精工手表的能耗为1mW,驱动电压1.5V。
为了将温差发电器结合在服装内,该公司的研究小组人员分析了人体的热能状况,以寻求安放该装置的最佳部位,为电子元件与服装相结合、制成智能化服装奠定了理论基础。
电热原理
温差发电器是由热电偶形成电流,在一端连接的两片不同导体或半导体组成。由于热电赛贝克(Seebeck)效应,热电偶两侧之间温差产生的电压而形成电流。温差发电器由串联和曲折排列的热电偶组成。在一定面积内形成较高的总电压和电流,达到最佳的效果。 该公司的新型硅温差发电芯片,在温差为5℃时产生电流为1.0mW/cm2,开放电流电压为10V/cm2。 衣服内的温差
在一男一女试验人员的腕部、胸部、腰围和前额的皮肤上装传感器直接测试温度和湿度,男性穿棉T恤衫和涤纶长裤、脉冲监控器和带温差发电器的涤纶袖口。女性穿涤纶T恤衫和挡风背心,在涤纶短衫、袖口和涤纶头带中植入温差发电器。 在室温15℃下轻度活动的前后测得试验人员的红外图像。试验结果如下:在活动后纺织品覆盖的各部位皮肤温度降低1-2℃。暴露在空气中时由于出汗皮肤温度降低约4℃。皮肤与衣服之间的温度差异在2-17℃之间。一般皮肤温度较低的腕部温差较低(4-6℃),而皮肤温度较高的颈部温差为17℃,很适合于安放温差发电器。
可能的用途
在室温下接触皮肤的衣服内一般温差至少5℃,可输出电能。手表的电池约1-100mW。100-300mW的输出电能足够医用传感器(温度、湿度或心率等)的供电,较大的作用面积还可用于数据无线传输。对于新型高科技助听器比使用电池节约大量费用。随着电子装置耗能的降低,利用体温供电的装置将有广泛的用途。