人体电池革命：科学家研发橡胶发电材料，终结可穿戴设备续航焦虑

信息来源：
https://techxplore.com/news/2025-09-scientists-unveil-rubber-band-generates.html

北京大学研究团队成功开发出一种革命性的橡胶状材料，能够直接利用人体热量发电，为可穿戴电子设备提供持续电源。这种被称为热电弹性体的新材料在保持类似皮肤弹性的同时，实现了高效的热电转换，有望彻底改变可穿戴技术的供电方式，让用户告别频繁充电的困扰。

这项突破性研究发表在《自然》杂志上，展示了材料科学在能源转换领域的重大进展。研究团队表示，这种新材料将类似皮肤的弹性与高能量转换效率完美结合，为下一代自供电可穿戴设备开辟了全新道路。该技术的核心在于充分利用人体与环境之间的自然温差，将原本被浪费的体热转化为可用电能。

人体表面温度通常保持在37摄氏度左右，而周围环境温度一般在20至30摄氏度之间。这种持续存在的温度差异为热电发电提供了理想条件。新材料能够敏锐地捕捉这种温差，并通过内部的热电效应将热能直接转换为电流，为各种电子设备提供稳定的电源供应。

材料性能的突破性进展

本征弹性TEG的制造与测量。图片来源：《自然》（2025）。DOI：
10.1038/s41586-025-09387-z

这种新型热电弹性体最引人注目的特性是其出色的机械性能。材料能够承受高达150%的拉伸应变而不发生永久变形，在极端测试条件下甚至可以承受超过850%的应变。这种超强的弹性确保了材料在各种身体运动和环境条件下都能保持稳定的电学性能。

为了优化材料的导电性能，研究团队引入了一种名为N-DMBI的特殊掺杂剂。掺杂技术是半导体工业中的核心技术，通过在基础材料中添加极少量的特定物质来改变其电学特性。在这种热电弹性体中，N-DMBI掺杂剂显著提升了材料的导电能力，使其能够更高效地将热能转换为电能。

这种材料的柔韧性和导电性的完美结合解决了热电材料领域长期存在的技术难题。传统的热电材料通常是刚性的陶瓷或金属化合物，虽然具有良好的热电性能，但缺乏弹性，难以适应人体的复杂形状和动态变化。而这种新型弹性体材料能够完美贴合皮肤表面，确保最大化的热接触面积和稳定的电能输出。

研究团队的技术创新还体现在材料的n型导电特性上。在热电材料中，n型和p型材料通过组合使用可以显著提高整体的发电效率。此前，科学界在开发高性能n型热电弹性体方面一直面临挑战，而这项研究的成功为构建高效热电发电系统铺平了道路。

应用前景与市场影响

这种人体发电材料的应用前景极为广阔，远远超出了传统可穿戴设备的范畴。在健康监测领域，这种材料可以制成贴片式传感器，持续监测患者的生理参数，如心率、体温、血压等，而无需担心电池耗尽的问题。这对于需要长期监测的慢性病患者来说具有重要意义。

智能手表、健身追踪器和其他可穿戴设备将从这项技术中获得巨大收益。用户不再需要每天或每周为设备充电，这些设备可以通过持续收集体热来维持运行。这种自供电能力将大大提升用户体验，并可能催生出功能更强大、续航时间更长的新一代可穿戴产品。

在医疗植入设备领域，这种材料的潜力更加令人兴奋。心脏起搏器、神经刺激器和其他植入式医疗设备通常需要定期更换电池，这不仅给患者带来痛苦和风险，也增加了医疗成本。如果这些设备能够利用体热持续发电，将大大延长设备的使用寿命，减少患者的手术风险。

军事和极地探险应用也为这种技术提供了重要机遇。在极端环境中，电池性能往往会大幅下降，而人体发电技术可以提供可靠的备用电源。士兵和探险者的通信设备、导航仪器和紧急信号设备都可能从这种技术中受益。

技术挑战与未来发展

尽管这项技术展现出巨大潜力，但从实验室到商业化应用仍面临诸多挑战。首先是发电功率的问题。虽然人体与环境之间存在温差，但这种温差相对较小，产生的电能有限。研究团队需要进一步优化材料配方和结构设计，提高热电转换效率。

长期稳定性是另一个关键考虑因素。可穿戴设备通常需要在各种环境条件下长期使用，材料必须能够承受汗水、摩擦、温度变化等各种影响。研究团队需要进行大量的耐久性测试，确保材料在实际使用条件下的可靠性。

成本控制也是商业化过程中必须解决的问题。虽然这种材料的原料成本可能不高，但制造工艺的复杂性可能导致生产成本上升。如何实现大规模、低成本的生产将直接影响技术的市场接受度。

安全性评估同样重要，特别是对于医疗应用。材料必须经过严格的生物相容性测试，确保与人体长期接触的安全性。监管部门的审批流程可能需要数年时间，这将影响技术的市场化进程。

从技术发展趋势看，未来的研究重点可能集中在提高材料的热电转换效率、优化机械性能、改善环境稳定性等方面。研究团队可能会探索不同的掺杂策略、复合材料设计和表面处理技术，以进一步提升材料性能。

同时，与电子器件的集成技术也需要同步发展。如何将这种发电材料与现有的电子组件有效结合，设计出紧凑、高效的自供电系统，是实现商业化的关键步骤。

这项技术的成功不仅代表了材料科学的重大突破，也为可持续能源技术开辟了新的发展方向。随着技术的不断成熟和完善，我们有理由期待一个摆脱电池束缚的可穿戴设备新时代的到来。