1975年，世界上第一块计算器手表问世。这款采用18K金打造的“原始版”可穿戴电子设备，当时的售价高达3950美元（如今的售价约为2万美元）。高昂的价格，让大多数试图“先买为敬”的消费者们望而却步。而且，过小的数字键需要使用搭配的手写笔才能点按准确，其电池也仅仅支持使用几个星期。
尽管如此，这款计算器手表的问世，代表了可穿戴电子设备产业的开始。自此以后，随着新技术、新材料、新工艺的出现，智能手环、虚拟现实头戴式耳机、智能眼镜等可穿戴电子设备开始“飞入寻常百姓家”，它们体积轻巧、佩戴方便，不仅可以更加高效地处理外部信息，还能监测人体活动和健康状况。
然而，如何更好地为可穿戴电子设备和个性化生物监测系统持续供电，仍然是科学家在当前面临的一项巨大挑战。一种很有前途的解决方案是使用热传导发电机（TEG），它可以将身体的热量转化为电能。热传导发电机，也被称为塞贝克发电器，是运用热电效应（塞贝克效应）将热（温度差）直接转换成电能的一种装置，一般转换效率约为5-8%。
近日，来自华盛顿大学的研究团队在这一方向取得了新的突破——研发了一种由无机半导体和印刷多功能软质材料制成的高效可拉伸热传导发电机。据介绍，这种柔性的、可穿戴的热传导发电机，不仅可以将体热转化为电能，而且还具备柔软、可拉伸、结实、高效的特性。
相关研究论文以“Printing Liquid Metal Elastomer Composites for High-Performance Stretchable Thermoelectric Generators”为题，已发表在科学期刊Advanced Energy Materials上。
华盛顿大学机械工程硕士研究生Youngshang Han是该论文的第一作者，华盛顿大学机械工程助理教授Mohammad Malakooti为该论文的通讯作者。
据论文描述，即使经过30%应变的拉伸循环15000余次后，原型热传导发电机仍然可以保持完整的功能，这一优异性能是通过利用3D打印和调整TEG设备中每个层的材料属性来实现的。数据显示，该热传导发电机的功率密度比以往的可拉伸热传导发电机增加了6.5倍。
为了制造出这一热传导发电机，研究团队在每一层都打印了具有工程功能和结构特性的复合材料。其中，填充材料内的金属合金可以提供高的导电性和导热性，这些金属合金解决了以往设备的不能拉伸、传热效率低和制造过程复杂的问题。此外，为了减轻热传导发电机的重量，以及将热量导向核心层的半导体，研究团队也向其中嵌入了空心微球。
研究团队表示，他们可以将该热传导发电机应用到衣服和其他物体上，比如打印在可拉伸的纺织品和曲面上，并对其在自供电可穿戴电子设备、热触觉传感器、软机器人和人机交互方面的应用潜力感到兴奋。未来，他们将通过优化设备结构和选择更合适的材料等方法继续提高该热传导发电机的性能。
Malakooti表示，这项研究的一个独特之处在于，从材料合成到器件制造和表征，覆盖了整个生产流程。这让他们可以自由地设计新材料，发挥创意，设计生产过程中的每一步。