近日，中国农业大学工学院智能传感与装备青年科学家创新团队的何志祝教授在Nature Communications和Applied Energy期刊上分别以题为“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”在线发表研究论文。该研究开发出用于温差发电的磁封装定形相变储热材料并研制出一套基于体热的自供电柔性可穿戴传感系统。
传感器长期工作对电源持久能力提出挑战，而基于热电效应的环境温差能量回收是一种无运动结构且绿色环保的供电技术。在课题组前期研究基础（Advnced Materials 2020(32): 2000827）上，该项工作设计出磁封装定形相变材料（MTPCM），展现出独特的高导电、高导热、剩磁性、高抗压强度及形态可重构等多功能属性。提出的磁颗粒镀层技术，有效解决了相变材料和磁性颗粒界面润湿难题。基于MTPCM，设计出高能效热电-高储热复合微供能系统，统筹兼顾了热电输出稳定性和最大化，证实了自供电温湿度无线传感系统持续工作的可行性。该项研究成果发表在Nature Communications（2022(13):1397）上，中国农业大学为第一署名单位，博士陆泳宇和于得海为共同第一作者，何志祝教授和中科院理化所刘静研究员为共同通讯作者。另外，该项工作已获授权发明专利1项（ZL202010192535.9）。
MTPCM材料热电转换性能测试
研究小组研制出基于体温取能的自供电柔性可穿戴传感系统，进一步实现了无源低功耗生理监测传感器长期工作。基于柔性电路板制造技术，设计了自供电柔性可穿戴传感器系统的半自动化制造工艺，将柔性热电模块、能量管理模块、多传感器（包括加速度、温度、湿度、心率和血氧）模块和蓝牙模块集成到柔性多孔夹层基底上。实验结果表明，在静止状态下人体热发电功率密度高达15.8 μW/cm2，而步行状态下达97.6 μW/cm2，其性能高于大部分文献报道结果，能够满足多参数无线传感模块（总功耗537 μW）长期工作。该研究在线发表于期刊Applied Energy（2022 (312):118696），硕士生吕金燃为第一作者，何志祝教授为通讯作者。
自供电柔性可穿戴传感系统性能测试
近年来，柔性可穿戴传感技术在农作物实时监测方面也展现出巨大的潜在应用价值。研究小组与生物学院王喜庆教授合作，对农作物可穿戴电子技术研究进展进行了总结和展望，指出了农作物应用场景下柔性传感技术所面临的挑战，并给出可能的破解思路。相关成果以题为“Flexible wearables for plants”发表在期刊Small（2021(17): 2104482, Inside Cover Paper）上，硕士生渠纯纯为第一作者，何志祝教授和王喜庆教授为共同通讯作者。
Small期刊内封面
上述研究得到国家自然科学基金重点项目（91748206）、面上项目（52076213）以及中国农业大学2115人才计划的资助。
原文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29090-1
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030626192200160X