可穿戴熱管理技術的案例
可穿戴熱管理技術——全球變暖下保持健康的黑科技
暴露在高于平均水平的環境中導致熱量增加迅速增加，會限制人體的熱穩態，并導致各種直接疾病，如心血管死亡、呼吸系統疾病、神經系統疾病和損傷。全球變暖不僅是一個“全球性”的問題，更是一個對我們許多人來說生死攸關的“個人”問題。
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成果掠影
近期，芝加哥大學徐伯均團隊提出使用創新的可穿戴技術進行局部體溫調節，使人們更廣泛地適應極端天氣。該研究對最先進的熱管理方法和可穿戴傳感技術進行了全面總結，并詳細討論了在不斷加劇的全球變暖環境下利用這些技術預防熱相關疾病的可行性。此外，文章提出了一個創新的健康管理閉環概念，通過可穿戴傳感器實時監測環境和人體生理信息并提供實時反饋，同時利用熱管理技術根據信息進行動態調節，使人體能夠長期保持在健康和舒適的局部熱環境中。這種方法為個人和社會更好地適應全球變暖所帶來的挑戰提供了有益的解決方案。相關研究成果以“Stay healthy under global warming: A review of wearable technology for thermoregulation”為題發表于《EcoMat》。
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圖文導讀
圖1 全球變暖和其對人體的影響
圖2 個性化體溫調節靜態、被動自適應、主動自適應和主動四個級別的比較。
圖3 通過并行體溫調節和實時傳感實現閉環，實現可穿戴式個性化醫療保健。
展開 可穿戴熱管理應用的功能材料和創新策略
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
納米材料和制造工藝的最新進展促進了智能可穿戴設備和眾多可穿戴應用的出現。由于熱管理與人體的內穩態密切相關，可穿戴式熱管理在學術和工業領域受到了廣泛關注。人體產生熱量，身體可通過出汗和輻射來散發熱量，以保持體內平衡。一旦環境溫度與體溫相差太大，則會引起身體熱不適，嚴重甚至會導致器官衰竭。可穿戴熱管理設備可基于不同的材料和系統策略來實現熱穩態，從而增強人體的溫度調節功能。本文綜述了近年來可穿戴熱管理材料和創新策略的研究進展，并討論了構成每種策略的每種材料/設備的優勢和局限性，然后總結了熱調節可穿戴技術的未來前景和挑戰，以便為未來的熱調節可穿戴行業的發展提供思路。由于熱管理與人體的內穩態密切相關，可穿戴式熱管理在學術和工業領域受到了廣泛關注。
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成果掠影
近期，韓國首爾國立大學Seung Hwan Ko教授課題組和韓國東國大學Jinwoo Lee綜述了近年來幫助調節人體體溫的可穿戴熱管理設備以及涉及的材料和創新策略的相關研究進展。為了系統闡述這些內容，該團隊將熱調節可穿戴設備分為主動和被動式熱管理，并進一步介紹了涉及到的各種功能材料和熱管理策略。并討論了構成每種策略的材料/設備的優勢和局限性，最后總結了熱調節可穿戴技術的未來前景和挑戰。
相關研究成果以“Functional Materials and Innovative Strategies for Wearable Thermal Management Applications”為題發表于《Nano-Micro Letters》。
展開 一種用于可穿戴熱管理的導熱柔性復合材料
來源 | Advanced Functional Material
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背景介紹
隨著高度集成的電子器件的出現，巨大的功耗產生了過多的熱量導致電子設備的熱失效。因此，電子器件中的熱管理對于提高器件耐用性具有重要意義。傳統的電子器件熱管理解決方案采用了散熱器和熱界面材料(TIM)，散熱器由高導熱金屬如銅或鋁基材料組成。雖然散熱器有高導熱系數，但是由于界面熱阻的問題導致傳熱效率低下。此外，近年來10nm級高集成電子器件的發展，TIM在封裝高集成電子芯片或異構集成中的熱管理作用至關重要。此外，隨著可穿戴式、可折疊式、可卷曲式等各種外形設備的發展，對在機械應力下具有高散熱性能的TIM的需求也在增加。
為了應對這些挑戰，聚合物基復合材料已經投入了大量的精力。傳統的復合材料是將導熱填料如氧化鋁、氮化鋁、碳化硅、氧化鋅或銅分散在聚合物基體中制備的，這些復合材料的導熱系數達到7 W/mK。然而，油脂類材料和低導熱系數的問題嚴重限制了它們在高功率電子設備中的熱管理。液態金屬導熱系數達到30 W/mK，并且通過表面改性方法與聚合物具有良好的可加工性，液態金屬基聚合物復合材料在可穿戴類電子的熱管理的應用中顯示出巨大的潛力。
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成果掠影
近期，新加坡南洋理工大學Pooi See Lee團隊針對電子設備的熱失效問題開發出了具有優異熱管理性能的復合材料。該文介紹了一種用于熱管理的可印刷、導熱和機械穩定的復合油墨的策略。該文報道了EGaIn納米顆粒修飾銀片/聚乙烯醇(PVB)復合油墨的熱管理應用。采用電替換的方法實現了EGaIn納米顆粒在銀片上的修飾。
展開 一種用于可穿戴和個人熱管理的柔性熱電材料
來源 | Energy Conversion and Management
原文 | https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117017
01
背景介紹
熱電器件(TEDs)因其能直接將熱轉化為電，以及易于調節的主動冷卻能力而引起了人們的極大興趣。近年來，可穿戴電子技術的快速發展擴大了TEDs的可能應用范圍。一個方向是為小型可穿戴設備的不間斷供電收集身體熱量，因此TEDs可以作為可穿戴綠色電源。另一個方向是對人體進行降溫，使皮膚保持舒適狀態。相對于傳統的集中空調系統，只需少量的人員就會消耗幾千瓦的功率，個性化熱管理的TEDs對于不同的個體來說，在功耗和舒適度調節方面更加高效。在此背景下，設備的靈活性和對人體皮膚的順應性具有重要意義。通常，有不同的策略來獲得TEDs的靈活性。一種是利用內在柔性熱電(TE)材料來制造f- TEDs。雖然它們具有優越的內在柔韌性，但由于柔性TE材料的熱電性能較低，使得它們無法通過收集人體熱量來驅動可穿戴設備。另一種方法是通過蛇形金屬線、銀納米線或液態金屬等柔性電極連接高熱電性能材料和TE材料，然后用柔性彈性體封裝。雖然這些工作已經實現了相當大的可以驅動可穿戴設備的身體熱發電，但大多數還沒有實現對人體等任意幾何形狀的有效主動冷卻。因此，開發一種能夠同時實現高性能的身體熱發電和主動冷卻的可穿戴TED對于個人熱管理具有重要意義。
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成果掠影
柔性熱電器件(f- TEDs)可實現熱與電的直接能量轉換，在可穿戴柔性材料和個人熱管理方面具有廣闊的應用前景。
展開 
通過化學交聯實現可穿戴熱管理聚合物基相變復合材料
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
相變材料(PCMs)是一系列具有優異能量存儲能力的材料，能夠在接近恒定的溫度下存儲/釋放大量潛熱，使其在熱管理技術創新中發揮不可或缺的作用。同時在應對環境污染和能源危機方面具有相當大的潛力。目前，有機固液PCMs(如石蠟、脂肪酸)因其穩定的理化性質、低腐蝕性和天然成本優勢而備受關注。然而，這種傳統的PCM存在泄漏問題，不理想的機械柔軟性和韌性，不能滿足復雜環境下柔性電子產品熱管理應用中的戳、彎曲、扭曲和拉伸要求。為了解決基于PCMs的電子產品的上述問題并提高其廣泛的適用性，通過在PCMs內部引入具有特征結構的適當載體來提高靈活性以適應苛刻的安裝條件是面臨的長期挑戰。
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成果掠影
近期，上海交通大學李廷賢團隊和西南交通大學袁艷平團隊針對解決可穿戴式柔性熱管理相比材料的泄露和剛性問題取得最新進展。該團隊將具有高相變焓和低成本的(PW）作為儲能介質固定在苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯烯烴嵌段共聚物（SEBS-OBC）形成的三維交聯網絡中。通過加上過氧化物誘導的化學交聯效應，可以高效批量和快速制造PW@OBC-SEBS復合材料(即這里的F-FSPCMs)。由于OBC-SEBS對脆性和彈性改善的獨特相互作用，F-FSPCMs的柔韌性得到了顯著增強，斷裂應變從23%增加到560%。此外，作為概念驗證，設計了一個集成的便攜式F-FSPCMs模塊，并在重復循環過程中實現了恒溫效果(39-42°C，持續43分鐘)，從而證明了可穿戴熱管理的獨立式溫度控制能力，有利于提高個人熱舒適性。
展開 大連化物所史全研究員團隊CEJ：研發出柔性復合相變材料膜并應用于可穿戴光-熱管理器件
近日，中科院大連化物所熱化學研究組（DNL1903）史全研究員團隊在柔性相變材料研究方面取得新進展，通過簡單易行的策略合成了石墨烯基的復合相變材料膜，并將其應用于可穿戴的光-熱管理器件。該復合相變材料膜具有優異的柔韌性、儲熱能力、光熱轉化能力，為智能可穿戴光-熱管理器件的研究提供了新思路。
相變儲能材料能夠在相對恒定的溫度下吸收和釋放大量相變潛熱，目前廣泛應用于熱能儲存和溫度控制的熱管理領域。然而，傳統相變材料本身固有的液態泄漏、弱吸光能力以及固態剛性使其在可穿戴的智能光-熱轉化器件研究中極具挑戰性。
針對該問題，史全研究員團隊以聚合物和石墨烯為原料合成了具有優異柔韌性的復合石墨烯膜，并將相變材料復合其中得到柔性的復合相變材料膜。該復合相變材料膜具有優秀的形狀穩定性，即使在高于相變溫度時仍然保持固態而不發生泄漏；同時，該復合相變材料膜具有高相變材料負載量，表現出優異的儲熱能力，即使經過500個熱循環和彎曲循環仍然保持穩定；此外，該復合相變材料膜具有出色的光-熱轉化能力，可迅速將太陽能轉化為熱能儲存，轉化效率最高可達96%。研究人員進一步將該復合相變材料膜貼到人體模型表面，結果表明在彎曲狀態其仍然表現出穩定的光-熱轉化性能。該復合相變材料膜表現出可應用于人體可穿戴光-熱管理領域的潛力，為可穿戴智能織物的開發提供了新的方向。
展開 適用于個人熱管理的具有寬熱管理溫度范圍的可編織相變纖維材料
來源 | European Polymer Journal
01
背景介紹
隨著人類科學技術的進步，人類的舒適已成為一個主要問題。因此，制定個人降溫策略對可持續發展至關重要。能夠調節皮膚附近微氣候的紡織品已經受到了很多關注，以使人類在炎熱/寒冷的環境中感到舒適。
目前，可以通過多種方法實現具有熱管理特性的紡織品，例如外部空氣/液體冷卻，引入導熱填料以增強熱擴散，或加入相變材料（PCM）。在這些方法中，基于PCM的紡織品引起了研究人員的極大興趣，PCM是先進的儲能材料，其儲能過程基于相變。PCM主要包括聚合物（聚乙二醇等）、有機小分子（石蠟、多元醇等）和無機小分子（水合鹽等）有機固液相變材料（以石蠟為代表）具有潛熱值高、相變溫度適宜、毒性低、化學穩定性好等優點，在個人熱管理中得到了廣泛的研究。
然而，有機固液PCM的泄漏和強剛性可能導致儲能密度降低和對環境的破壞。目前，主要解決方案是選擇合適的支撐支架，如彈性體和多孔材料。由于多孔材料、泡沫金屬、碳材料的剛性較強，PCM在實際應用中容易產生脆性和較大的接觸電阻，導致熱管理效率低下。然而，熱管理溫度范圍有限，剛性強，缺乏有效的可視化熱管理方法，阻礙了其廣泛應用。因此開發多功能相變材料用于人體熱管理，對提高人體舒適度具有重要意義。
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成果掠影
通過采用彈性體封裝PCM有助于制備儲能密度穩定、環境友好的柔性PCM是有效的解決方案。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一種具有彈性好、成本低、無毒、不易燃、生物相容性好等特點的有機硅材料。
展開 新能源汽車技術與熱管理︱AUTO TECH China 2026 廣州國際新能源汽車技術與熱管理展覽會
展示范圍：
1、純電動汽車、混合動力汽車（乘用車、商用車）；
2、驅動系統：HV/EV驅動系統、輪轂電機系統、48V技術；
3、可充電電池，下一代電池技術：鋰電池、聚合物鋰電池、鉛蓄電池、NaS電池、二次空氣電池、薄膜鋰離子電池、鎳金屬氫化物（NiMH）電池、鎳鎘電池、電容，電容器、電池制造技術、電池元件及材料等；
4、電機技術：驅動電機、車載發電機、電磁鐵、線圈、電磁鋼板、軸承、鐵芯、電刷、微芯片、驅動IC、傳感器、控制軟件、扭矩測量、動靜特性測量儀、磁性測量儀、電磁場分析工具、熱場分析工具、電機設計軟件、繞線機、著磁機、焊接機、加工機等；
5、變頻器及周邊技術：DA-ACDC-AC變頻器、DC-AC整流器、升降壓轉換器、二極管，可控硅，雙向可控硅、GTOs、MOSFETs、IGBTs、碳化硅元件、散熱及耐高溫技術、冷卻裝置、逆變器評價試驗系統等、
6、充電設備：電池交換技術、非接觸式充電技術、EV快速充電設備、充電樁/充電站、智能監控等；
7、車用電連接器及線束、充電連接器、線束加工設備等；
8、整車熱管理（乘用車+商用車）、電池熱管理、空調熱管理、驅動系統熱管理等等新能源汽車熱管理技術。
展開 “數據中心智能硬件熱管理”主題沙龍活動成功舉辦| 2024熱管理材料技術展 | 導熱散熱展 |液冷展 | 熱管理展
6月3日下午，由[DT新材料]聯合[廣東灣區智能終端工業設計研究院有限公司（以下簡稱研究院）]共同組織的iTherMTalks第6期線下主題沙龍——數據中心智能硬件熱管理——在研究院成功舉辦。20多位行業專家及企業代表齊聚一堂，就數據中心中服務器等智能硬件的新近發展趨勢和熱管理解決方案進行深入交流和探討。
本次沙龍活動伊始，研究院盧煥瑜部長對大家的到來表示了熱烈歡迎，并對研究院概況做了簡要介紹。
沙龍活動現場
報告環節，熱設計網聯合創始人陳繼良先生帶來《高功率電子產品的熱管理挑戰和應對思路》的主題報告分享；研究院采購負責人從企業切實發展，介紹了公司在服務器等智能硬件領域的熱管理解決方案需求；隨后，大家針對報告環節的疑問與需求進行了充分交流討論。
報告與交流討論
與會嘉賓參觀研究院展廳
沙龍活動合影留念
"第二屆熱管理材料技術博覽會”（iTherMEXPO2024）將于2024年11月6-8日在深圳國際會展中心7號館舉辦，將高效呈現熱管理產業鏈的一站式價值對接平臺，以滿足和促進熱管理行業各單位交流、合作和共贏發展。創新型的材料、儀器、設備、設計與仿真、解決方案、應用場景、專利技術等薈聚鏈接和呈現將是博覽會的重要組成部分；熱管理領域科學、材料、技術和工程等相關專題論壇、圓桌/閉門、專家問診、創新創業項目展示、新品發布、需求對接等活動也將精彩同期呈現，特別是科研單位創新性的技術和成果也將獲得從實驗室對接轉移到市場的機會。
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展開 倒計時5天，第四屆熱管理材料與技術大會/2023國際熱管理材料技術博覽會 歡迎您
30+主題活動
130+報告分享
300+產業企業
2000+行業同仁
3000+專業觀眾
2023第四屆熱管理材料與技術大會（iTherMConf 2023）和
2023
國際熱管理材料技術博覽會（iTherMEXPO 2023）將于11月15-17日在深圳國際會展中心
3/5號館同期舉辦。活動工作正在緊鑼密鼓、有條不紊地籌辦和推進中，現將本屆活動信息綜合如下，敬請關注。
光學 | 仿真技術推動可穿戴健康監測設備領域革新
效率：通過進行光傳播、光散射和光吸收仿真，工程師可優化光學傳感器的能效，從而可延長電池使用壽命。
準確度：使用先進的光線追跡和波動光學仿真，Ansys可確保可穿戴設備能夠在不同條件下提供精確可靠的測量結果。
熱管理：光學系統通常會產生熱量，而這會影響性能和用戶舒適度。Ansys的多物理場仿真功能可助力應對熱挑戰，確保實現最佳功能。
橋接可穿戴健康監控設備與AR/VR
可穿戴健康監測設備與AR/VR技術的融合，為醫療保健和健康領域帶來了突破性的發展潛力。想象一下以下情景：健身追蹤器不僅能監控您的重要器官，而且還能將個性化的鍛煉指導投射到AR眼鏡中；還有沉浸式康復計劃的VR應用，這些應用是針對可穿戴設備收集的實時生物識別數據而為您量身定制的。
Ansys光學產品在實現這些可能性的過程中發揮著關鍵作用。例如，AR/VR系統依靠鏡頭和反射鏡等傳統光學組件，以及全息光學單元（HOE）和超表面等組件來提供無縫視覺效果。Ansys仿真工具可幫助設計人員優化這些組件的清晰度、亮度和耐用性，從而確保卓越的用戶體驗。此外，與AR/VR系統集成的可穿戴健康監測設備還需要可靠的光學連接，而這可以通過Ansys光學產品精確的建模與驗證來實現。
推動消費類電子創新發展
隨著光學仿真技術的不斷進步，更廣泛消費電子市場也能從中受益匪淺。智能手表、健身手環和AR眼鏡等設備不再是獨立的電子設備，相反，它們是更大生態系統的互連組件，旨在提高便利性并助力用戶健康。
Ansys光學產品通過提供全面的仿真解決方案，助力消費類電子企業加速創新并縮短產品上市進程。
展開 
可穿戴 | KAIST開發出比發絲更薄的白色OLED纖維技術
用白色OLED電子纖維和顯微鏡圖像(左)和注射電子顯微鏡(SEM)觀測到的纖維上堆疊的白色OLED薄膜圖像(右)
由此實現了可確保戶外識認性，具有高達700cd/m2級別的輝度、10cd/A級別的電光學性能的白色OLED纖維。采用使能量傳遞過程最優化的結構，使其在不受驅動環境影響的情況下穩定地呈現白色發光。
研究人員期待，白色OLED纖維今后可應用于包括高品質纖維顯示屏在內的時裝、功能服裝、車輛設計等多種領域上。
本研究由崔京哲教授研究團隊的黃容霞博士作為第一作者主導。研究獲得了韓國產業通商資源部電子元器件產業核心技術開發項目的支持。此次研究成果近日刊登在納米領域學術期刊“Advanced Science”上。
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CINNO于2012年底創立于上海，是致力于推動國內電子信息與科技產業發展的國內獨立第三方專業產業咨詢服務平臺。公司創辦十年來，始終圍繞泛半導體產業鏈，在多維度為企業、政府、投資者提供權威而專業的咨詢服務，包括但不限于產業資訊、市場咨詢、盡職調查、項目可研、管理咨詢、投融資等方面，覆蓋企業成長周期各階段核心利益訴求點，在顯示、半導體、消費電子、智能制造及關鍵零組件等細分領域，積累了數百家大陸、臺灣、日本、韓國、歐美等高科技核心優質企業客戶。
展開 3D打印醫學鏡片Luxexcel與反射波導技術Lumus合作AR可穿戴
南極熊導讀：2022年3月21日，3D打印醫學鏡片專家Luxexcel與反射波導顯示器開發商Lumus（Lumus Maximus）展開合作，共同開發3D打印增強現實(AR)醫學鏡片，意在推動AR可穿戴技術發展。
△Luxexcel和Lumus共同開發的3D打印增強現實(AR)醫學鏡片。照片來自 Luxexcel
這款3D打印鏡片設計輕薄、耐用，外觀與標準鏡片無區別，但卻集成了AR功能。該產品主要針對的是智能眼鏡領域科技公司，它將反射波導、智能眼鏡和醫學鏡片巧妙組合在一起。
Lumus首席產品官Eli Glikman博士表示，很高興能夠與Luxexcel公司合作，它是光學領域真正的創新者。他們專注于3D打印醫學鏡片的質量和可擴展性，將鏡片作為接收端集成到我們的2D擴展反射波導中，利用3D打印技術，我們可將這個概念變為現實。
Luxexcel的3D打印技術
傳統制造光學鏡片大約需要涉及30多個復雜的步驟，如研磨和拋光等，并且供應商經常需要儲存大量的庫存和浪費大量的原材料。
相反，Luxexcel使用3D打印技術讓一切化繁為簡。他們使用一款名為“VisionEngine”的3D打印機可以在聚合物、眼鏡等多種材料上進行打印，因此可以與第三方的眼鏡框架兼容。該技術的工作原理是先將丙烯酸樹脂噴到構建板上，然后在紫外光下固化。
該公司通過3D打印技術逐層將波導、全息薄膜和LCD屏幕等智能設備直接嵌入到打印層之間的鏡片中。因此，用戶不再需要在智能增強現實(AR)眼鏡下面額外佩戴笨重的醫學眼鏡，讓AR可穿戴技術變為可能。
△Luxexcel的VisionPlatform 7安裝在Optiswiss的巴塞爾工廠。
展開 “熱”領未來！2024第二屆熱管理材料技術博覽會 邀您深圳相約 | 導熱散熱展 |液冷展 |熱管理展
其他推廣渠道和呈現方式可參閱《贊助方案》。
②展位確認流程：意向申請→展位確認→簽訂合同→費用結算→展品展示。
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