想象一下：给手机贴一层“果冻外套”，一边给它降温，一边顺手把多余的热量变成电；在手指、膝盖、鞋垫和头箍上穿上一圈“软软的电池”，走路、弯曲的同时身体就在持续“自发电”。这座“穿在身上的发电站”，来自南开大学团队最新发表在《国家科学评论》（National Science Review）上的研究成果。

我们身边充满了“被白白浪费掉”的低品位热能：人体散热、充电器发烫、管道发热……因为温度不高、形状又怪，用传统“硬邦邦”的板状热电器件既贴不牢，也收不上来多少能量。为此，团队做出了一种“可3D打印、想怎么长就怎么长”的水凝胶热电池（DHFG）：摸上去像果冻、看上去像透明软糖，却能在几十度的小温差下持续发电，还能随意弯折拉伸，紧紧贴住人体和各种“弯弯绕绕”的热源。


可定制3D打印的微结构水凝胶热电池的照片及其余热收集能力

这块“发电果冻”是怎么炼成的？研究团队先用数字光处理（DLP）3D打印技术，在深共晶溶剂的光敏“墨水”里逐层“照”出高分辨率的骨架，再通过溶剂置换，引入含[Fe(CN)6]4-/3-和胍盐的热电溶液，让这块“果冻”具备热电转换能力。得益于巧妙的分子设计和“盐促结晶”效应，优化后的器件在室温附近的热功率可达3.5 mV K-1。3D打印最大的魔力，在于可以“按需长在”各种复杂表面上。团队专门设计了带有微结构的水凝胶热电池，它们与不规则热源表面实现“完美贴脸”。在同样的热源温度下，几何形状匹配良好的微结构器件，输出电压可达到平面器件的约3.5倍，并将收集人体热能的有效环境温度范围拓宽了约 6 K，让更多环境中的碎片余热都能被“薅干净”。

发电之外，这块果冻还是个“多面手”。微柱结构的DHFG对轻微压力就很敏感，可以用来监测动作和脉搏；把多个单元排成阵列、做成手套或腕带后，利用人体和环境之间的温差，实现无需外接电源的手势识别和信号编码，用摩尔斯电码帮失语患者敲出“我很好”等信息。在更贴近日常的场景里，团队还用 DHFG 做成手机充电器“散热外衣”：薄薄一层水凝胶包覆后，既能让充电头温度下降约 8 K，又能从约6 K的温差里榨出十几毫伏的电压，在电子产品散热与能量回收一体化方面展示了独特优势。未来，这种可以随打印、随穿戴的水凝胶热电池，有望进一步走进工业管道、可穿戴医疗和软体机器人等更多场景，让“余热不浪费”真正变成日常。

来源: 《中国科学》杂志社