随着柔性电子与智能穿戴设备的快速发展，其对长续航、高能量密度电源的需求日益增强。温差发电器是将热能直接转换为电能的一种能量收集装置，具有清洁、无运动部件等优点，可收集人体余热为智能穿戴设备持续地提供电能。然而，目前的穿戴式温差发电器功率密度较低，尚不能满足智能穿戴设备长期供电驱动的需要；且人体的体表多为曲面，商用温差发电器无法实现与皮肤的良好贴合。课题组设计制造了一种新型穿戴式柔性温差发电器，实现了人体穿戴驱动。本研究得到国家自然科学基金面上项目资助。

图1.穿戴式柔性温差发电器结构示意图

当前的穿戴式柔性温差发电器主要分为面内型和面外型结构。面内型温差发电器的热电臂厚度通常为微米级，所含的热电材料较少，导致器件内阻较高、输出功率较低；面外型温差发电器通常采用聚合物或半导体材料与聚合物的混合物制造热电臂，由于热电臂材料优值较低，使得面外型温差发电器的输出功率也较低。同时，现有论文中的柔性温差发电器多数制造工艺较复杂、成本较高。

浙江大学制造技术及装备自动化研究所梅德庆教授和汪延成副教授团队，经过两年多的探索，提出了一种新型穿戴式柔性温差发电器结构设计：采用碲化铋基热电材料制造块体半导体热电臂，通过电极连接组成热路串联、电路串联的结构形式。热端电极采用具有镂空结构的柔性印刷电路板，可以减小器件厚度、提高柔性；热电臂之间采用PDMS进行柔性封装，能够保护热电臂、提高器件可靠性。针对设计的温差发电器结构，提出了一种低成本制造工艺：分别采用中温和低温焊料，钎焊连接热电臂与热端电极和冷端电极；采用低粘度的PDMS对温差发电器的热电臂间隙进行填充，固化得到柔性良好、可靠性高的温差发电器。

针对制造的柔性温差发电器，在测试平台上对其输出电压、内阻、功率密度等性能进行了测试。结果表明：柔性温差发电器的内阻较小，具有微瓦级的输出功率。最后，通过设计的直流-直流升压电路，使柔性温差发电器在手腕穿戴下成功驱动微型三轴加速度计，实现了对穿戴者不同运动状态的加速度检测。

目前该工作已在Elsevier旗下的Applied Energy期刊发表，题为“Wearable thermoelectric generator to harvest body heat for powering aminiaturized accelerometer”, DOI: 10.1016/j.apenergy.2018.02.062.

图2.制造的柔性温差发电器具有良好柔性

图3.手腕穿戴温差发电器驱动加速度计检测穿戴者运动状态