局面にフィットする“切り紙型”熱電発電デバイス~高いフレキシブル性能と高い発電性能の両立を実現~

2025-10-21 早稲田大学

早稲田大学理工学術院の岩瀬英治教授・寺嶋真伍講師らの研究チームは、切り紙構造を応用した新しいフレキシブル熱電発電デバイスを開発した。薄膜基板に切り込みを入れて立体化する「ポップアップ切り紙構造」を採用し、曲面に密着しても高い発電性能を維持できることを実証。曲率半径0.1mmの屈曲変形や1.7倍の伸長にも耐え、従来型を上回る発電効率を示した。平面状態で熱電素子を実装できるため、熱電発電に有利な細長い素子配置が可能であり、立体化により素子間の温度差が増大して出力が向上した。また、構造上の天板が放熱フィンとしても機能し、熱輸送効率を高める。人体皮膚上に貼付し、体温による発電で無線体温送信に成功。自立電源型ウェアラブルIoT機器や医療・福祉分野での応用が期待される。

局面にフィットする“切り紙型”熱電発電デバイス~高いフレキシブル性能と高い発電性能の両立を実現~
図1 曲げ変形および伸縮変形が可能なポップアップ切り紙型熱電発電デバイス(図中のNはN型の熱電素子を示し、PはP型の熱電素子であることを示す)

<関連情報>

高い伸縮性とコンフォーマル熱インターフェースを備えたポップアップ切り紙熱電発電機 Pop-up kirigami thermoelectric generator with high stretchability and conformal thermal interfaces

Shingo Terashima,Masato Ohnishi,Junichiro Shiomi & Eiji Iwase
npj Flexible Electronics  Published:21 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41528-025-00454-z

Abstract

Thermoelectric generators (TEGs), which convert temperature differences in the environment into electrical energy, have attracted attention as power sources for sensing devices. However, because most heat sources in the environment possess curved surfaces, TEGs must be both bendable and stretchable. We propose a flexible TEG using a pop-up kirigami structure obtained by cutting a defined pattern into the substrate. Our pop-up kirigami TEG has conformable thermal contact and cooling surfaces as well as high bendability and stretchability. As a result, the pop-up kirigami TEG exhibits higher output power compared with conventional flexible TEGs and also shows stable power generation even against curved heat sources. In addition, we attached the pop-up kirigami TEG to human skin and succeeded in capturing changes in human body temperature. Therefore, the proposed pop-up kirigami TEG can be expected to greatly promote the spread of Internet of Things sensors and wearable devices in the future.

0402電気応用
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