植入病人體內的心臟起搏器的電池能量耗盡時,就需要通過手術更換電池。美國一家公司正在研制一種利用身體熱量發(fā)電的裝置,希望用它來給心臟起搏器的電池充電,延長電池的壽命。
據最新一期英國《新科學家》雜志報道,目前的心臟起搏器電池可支撐10年左右,美國紐約州的Biophan公司計劃研制能夠使電池持續(xù)工作30年的充電裝置。對一些能耗較小的植入設備,還可以用該裝置取代電池,直接給設備供電。這可以減少因為更換電池而進行手術的次數,降低病人的壓力和健康風險。
新裝置稱為“生物熱電池”,是一塊植有數千個微型熱電發(fā)生器的芯片。它利用“熱電偶效應”發(fā)電,即兩種不同的材料連接起來構成一個閉合回路時,如果兩個連接點的溫度不一樣,就能產生微小的電壓。以前曾有人用幾十個微型熱電偶來制造溫度傳感器之類的小裝置,但嘗試將幾千個熱電偶集中在一個裝置里,這還是第一次。
生物熱發(fā)電裝置運作時需要2攝氏度以上的溫差,人體內許多地方例如皮膚以下幾毫米處的溫差可達到5攝氏度,因此工作環(huán)境不成問題。新裝置用碲化鉍半導體制造,其中摻入了雜質,使得一端富有多余的電子,另一端則因為缺少電子而帶正電,這樣的制造方法使熱電偶的發(fā)電能力比同等規(guī)模的金屬裝置更高。
每1攝氏度的溫差可以使一個熱電偶產生幾微伏的電壓,Biophan公司計劃制造大小為2.5平方厘米的微芯片,能產生4伏的電壓,功率為100微瓦。
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