近日，中國科學院電工研究所傳來振奮人心的消息，該所的古宏偉研究團隊攜手澳大利亞昆士蘭科技大學的研究人員，在智能可穿戴電子設備的柔性發(fā)電器件研發(fā)領域取得了突破性進展。他們研發(fā)出了一種基于Ag?Se的柔性熱電膜材料，其室溫熱電優(yōu)值（ZT值）以及可穿戴發(fā)電器件的歸一化功率密度均刷新了同類材料的最高紀錄。

智能可穿戴電子設備市場蓬勃發(fā)展，然而，傳統(tǒng)的化學電池供能方式因其需要定期更換和維護，成為了制約其廣泛應用的一大瓶頸。熱電技術作為一種直接將熱能轉換為電能的方法，以其無機械轉動部件、安全環(huán)保等優(yōu)勢，為解決智能可穿戴設備的供電問題提供了新的思路。然而，現有的柔性熱電膜材料熱電性能普遍不高，且多數發(fā)電器件采用平面結構，限制了器件的集成度和冷熱端溫差，進而影響了輸出功率，難以支撐電子設備的正常運行。

為了攻克這一難題，研究團隊創(chuàng)新性地采用了化學溶液法，并結合抽濾和快速熱壓等技術，在尼龍襯底上成功制備出高性能的Ag2Se／rGO復合熱電膜材料。Ag2Se納米線作為主要成分，具有顯著的（013）取向，這一晶向極大促進了電子的傳輸。多孔結構的尼龍襯底不僅增強了與Ag2Se的結合力，還賦予了復合膜材料出色的柔韌性。而網狀結構的rGO則提供了快速的導電通道，與Ag2Se之間的界面通過能量過濾效應，有效提升了材料的電導率和Seebeck系數，同時降低了晶格熱導率。通過這些綜合措施，團隊成功提升了Ag2Se材料的熱電性能，研制出的柔性Ag2Se／rGO復合熱電膜材料ZT值高達1.28，達到了國際領先水平。

基于這一高性能材料，研究團隊進一步開發(fā)出了一種三維面外結構的柔性發(fā)電器件，該器件由100對熱電腿組成，采用拱橋結構設計理念，借助硅膠半球結構，有效提高了溫差和熱電腿的排列密度。這一創(chuàng)新設計解決了平面型柔性發(fā)電器件溫差小、熱電臂集成度低導致的輸出性能差的問題。該發(fā)電器件展現出了高達9.8μWcm?2K?2的超高歸一化功率密度，是Ag2Se基柔性發(fā)電器件中的佼佼者，成功利用人體與環(huán)境之間的溫差發(fā)電，驅動了手表、溫濕度計等電子設備。

這一研究成果不僅成功將熱電轉換技術應用于柔性發(fā)電器件，還為智能可穿戴電子設備的供能方式帶來了革新，對其規(guī)?；瘧镁哂猩钸h的意義。相關研究成果已于近期在《自然通訊》上發(fā)表，標志著我國在智能可穿戴電子設備柔性發(fā)電器件研究領域邁出了重要一步。