技术前沿丨研究人员开发出一种N型热电弹性体，适用于可穿戴电子设备和生物传感器

北京时间8月13日23时，国际顶级学术期刊《Nature》以“N-type thermoelectric elastomers（N型热电弹性体）”为题，在线发表了青岛科技大学高分子科学与工程学院刘凯教授(第一作者)的最新研究成果。

随着可穿戴电子设备和软生物电子学的飞速发展，如何提供高效、灵活的能源解决方案已成为亟待解决的关键问题。热电发电技术作为一种能够将温差转化为电能的有效方式，已展现出广泛的应用前景。然而，传统热电器件多采用无机热电材料，侧重于在刚性结构下的应用，缺乏弹性和形状适应性，在柔性和可穿戴设备中应用上受到显著限制。针对这一问题，刘凯开发了首个N型热电弹性体（TEE），一种兼具弹性、伸展性和热电转化能力的创新材料，为上述领域的能源采集技术开辟了新的方向。

N型热电弹性体通过将均匀纳米相分离、热激活交联和定向掺杂三种策略相结合成功合成，展现出了卓越的拉伸性以及回弹性，拉伸应变高达850%，能够和传统的橡胶媲美。该材料的热电优值（ZT值）在300K时可达到0.49，接近甚至超越了现有的柔性或塑性无机热电材料的性能。通过精确选择弹性体和掺杂剂的组合，不仅能够改善拉伸性，还能促进均匀分布的半导体聚合物纳米纤维的形成，从而提升电导率并降低热导率，为热电材料在高效能与弹性可调性之间的平衡提供了崭新的解决方案。基于此，研究团队制造了首个弹性热电发电机，展示了其在人体热能收集中的应用，并展现了驱动可穿戴电子设备和生物传感器的潜力。与无机热电器件不同，弹性热电发电机无需复杂的互连结构，能够直接与皮肤表面适配，同时保持较高的填充因子和较低的热阻，使得该器件能够兼具高效的热电转换效率和优异的舒适性、形状适应性，为柔性电子学和可穿戴设备的能源采集技术提供了崭新的解决方案。

该研究得到了国家自然科学基金、北京市杰出青年基金、北京大学高性能计算平台、北京大学材料加工与测试中心、青岛科技大学橡胶行业创新研发技术中心等的大力支持，该研究成果在《Nature》正刊发表，标志着青岛科技大学在橡胶与高分子材料领域热电弹性体材料方面取得了具有国际显示度的重大科研成果。