「熱電橡膠」為可穿戴設備能源採集提供新方案

記者14日從青島科技大學獲悉，該校劉凱教授開發出首個N型熱電彈性體，即「熱電橡膠」，為柔性電子學和可穿戴設備的能源採集技術提供了新方案。相關研究成果8月13日發表在學術期刊《自然》上。

一直以來，傳統熱電器件多採用無機熱電材料，其側重於在剛性結構下的應用，缺乏彈性和形狀適應性，在可穿戴設備應用上受限。針對該問題，劉凱依托北京大學雷霆教授團隊和青島科技大學華靜教授團隊的研究成果，開發出N型熱電彈性體。這是一種兼具彈性、伸展性和熱電轉化能力的創新材料，為可穿戴設備能源採集技術開闢了新方向。

劉凱介紹，通過將均勻納米相分離、熱激活交聯和定向摻雜三種策略結合，成功合成了N型熱電彈性體。該材料展現出卓越的拉伸性以及回彈性，其拉伸應變高達850%，能夠和傳統的橡膠媲美。同時，其熱電優值在300開爾文溫度下可達到0.49，接近甚至超越現有柔性或塑性無機熱電材料的性能。

研究人員通過精確選擇彈性體和摻雜劑的組合，不僅能夠改善材料的拉伸性，還能促進均勻分佈的半導體聚合物奈米纖維的形成，從而提升材料的電導率並降低熱導率，突破熱電材料無法兼具高效能與彈性可調性的桎梏。

基於此，研究人員製造出首台彈性熱電發電機。與無機熱電器件不同，彈性熱電發電機無需複雜的互連結構，能夠直接與皮膚表面適配，同時保持較高的填充因子和較低的熱阻。該器件兼具高效的熱電轉換效率和優異的舒適性、形狀適應性，展現了驅動可穿戴電子設備和生物傳感器的潛力。