열 누출 감소로 웨어러블 건강 기기 개선

North Carolina State University 엔지니어들은 인체에서 열 에너지를 수확하여 건강을 모니터링하는 손목에 착용하는 유연한 장치의 효율성을 지속적으로 개선하고 있습니다.

연구원들은 2017년에 처음 보고했고 2020년에 업데이트된 유연한 체열 수확기에서 열 누출 방지가 크게 향상되었다고 보고합니다. 수확기는 인체의 열 에너지를 사용하여 웨어러블 기술에 전력을 공급합니다. 심박수, 혈액을 측정하는 스마트 시계를 생각해 보세요. 배터리를 재충전할 필요가 없는 산소, 포도당 및 기타 건강 매개변수. 이 기술은 열을 전기 에너지로 변환하는 견고한 열전 수확기를 제어하는 ​​동일한 원칙에 의존합니다.

인체에 맞는 유연한 수확기는 웨어러블 기술과 함께 사용하기 위해 매우 요망됩니다. 노스캐롤라이나 주립 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Mehmet Ozturk는 유연한 열전 발전기(TEG)를 구축하는 핵심 이유로서 유연한 장치와의 우수한 피부 접촉과 장치 착용자의 인체공학적 및 편안함 고려 사항을 언급했습니다.

그러나 유연한 수확기의 성능과 효율성은 역사적으로 체열을 사용 가능한 에너지로 전환하는 능력이 뛰어난 고정식 장치보다 훨씬 뒤떨어져 있습니다.

2017년에 처음 보고된 개념 증명 TEG는 갈륨과 인듐의 무독성 합금인 EGaIn으로 만든 액체 금속 상호 연결을 사용하여 전기적으로 직렬로 연결된 반도체 요소를 사용했습니다. EGaIn은 금속과 같은 전기 전도성과 신축성을 모두 제공했습니다. 전체 장치는 신축성 있는 실리콘 엘라스토머에 내장되어 있습니다.

2020년에 보고된 업그레이드된 장치는 동일한 아키텍처를 사용했지만 이전 버전의 열 엔지니어링을 크게 개선하면서 열을 전기로 변환하는 반도체 요소의 밀도를 높였습니다. 개선 사항 중 하나는 EGaIn 인터커넥트를 캡슐화한 고열전도성 실리콘 엘라스토머(본질적으로 고무의 일종)였습니다.

최신 반복은 실리콘 엘라스토머에 에어로겔 플레이크를 추가하여 엘라스토머의 열전도율을 줄입니다. 실험 결과 이 ​​혁신이 엘라스토머를 통한 열 누출을 절반으로 줄인 것으로 나타났습니다.

Ozturk는 "에어로젤을 추가하면 장치의 열전 '다리' 사이에서 열이 누출되는 것을 막을 수 있습니다."라고 말했습니다. "열 누출이 높을수록 장치 전체에 발생하는 온도가 낮아져 출력 전력이 낮아집니다."

"이 백서에 보고된 유연한 장치는 2017년에 보고된 장치보다 훨씬 더 나은 성능을 보여주고 있으며 계속해서 강성 장치의 성능에 접근하고 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다.

Ozturk는 NC 국가 특허 기술의 장점 중 하나는 수십 년의 연구 끝에 완성된 리지드 장치에 사용되는 것과 동일한 반도체 소자를 사용한다는 점이라고 말했습니다. 이 접근 방식은 또한 기존의 강성 열전 모듈 제조업체가 유연한 열전 시장에 진입할 수 있는 저렴한 기회를 제공합니다.

그는 그의 연구실이 이러한 유연한 장치의 효율성을 개선하는 데 계속 집중할 것이라고 덧붙였습니다.