近日，中國農業大學工學院智能傳感與裝備青年科學家創新團隊的何志祝教授在Nature Communications和Applied Energy期刊上分別以題為“Magnetically tightened form-stable phase change materials with modular assembly and geometric conformality features”和“A high-performance wearable thermoelectric generator with comprehensive optimization of thermal resistance and voltage boosting conversion”在線發表研究論文。該研究開發出用于溫差發電的磁封裝定形相變儲熱材料并研制出一套基于體熱的自供電柔性可穿戴傳感系統。
傳感器長期工作對電源持久能力提出挑戰，而基于熱電效應的環境溫差能量回收是一種無運動結構且綠色環保的供電技術。在課題組前期研究基礎（Advnced Materials 2020(32): 2000827）上，該項工作設計出磁封裝定形相變材料（MTPCM），展現出獨特的高導電、高導熱、剩磁性、高抗壓強度及形態可重構等多功能屬性。提出的磁顆粒鍍層技術，有效解決了相變材料和磁性顆粒界面潤濕難題。基于MTPCM，設計出高能效熱電-高儲熱復合微供能系統，統籌兼顧了熱電輸出穩定性和最大化，證實了自供電溫濕度無線傳感系統持續工作的可行性。該項研究成果發表在Nature Communications（2022(13):1397）上，中國農業大學為第一署名單位，博士陸泳宇和于得海為共同第一作者，何志祝教授和中科院理化所劉靜研究員為共同通訊作者。另外，該項工作已獲授權發明專利1項（ZL202010192535.9）。
MTPCM材料熱電轉換性能測試
研究小組研制出基于體溫取能的自供電柔性可穿戴傳感系統，進一步實現了無源低功耗生理監測傳感器長期工作。基于柔性電路板制造技術，設計了自供電柔性可穿戴傳感器系統的半自動化制造工藝，將柔性熱電模塊、能量管理模塊、多傳感器（包括加速度、溫度、濕度、心率和血氧）模塊和藍牙模塊集成到柔性多孔夾層基底上。實驗結果表明，在靜止狀態下人體熱發電功率密度高達15.8 μW/cm2，而步行狀態下達97.6 μW/cm2，其性能高于大部分文獻報道結果，能夠滿足多參數無線傳感模塊（總功耗537 μW）長期工作。該研究在線發表于期刊Applied Energy（2022 (312):118696），碩士生呂金燃為第一作者，何志祝教授為通訊作者。
自供電柔性可穿戴傳感系統性能測試
近年來，柔性可穿戴傳感技術在農作物實時監測方面也展現出巨大的潛在應用價值。研究小組與生物學院王喜慶教授合作，對農作物可穿戴電子技術研究進展進行了總結和展望，指出了農作物應用場景下柔性傳感技術所面臨的挑戰，并給出可能的破解思路。相關成果以題為“Flexible wearables for plants”發表在期刊Small（2021(17): 2104482, Inside Cover Paper）上，碩士生渠純純為第一作者，何志祝教授和王喜慶教授為共同通訊作者。
Small期刊內封面
上述研究得到國家自然科學基金重點項目（91748206）、面上項目（52076213）以及中國農業大學2115人才計劃的資助。
原文鏈接:
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29090-1
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626192200160X