2025 年 8 月 13 日，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院雷霆教授作為通訊作者，劉凱（現(xiàn)為青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院教授）、王靜怡作為共同第一作者，在 Nature 期刊發(fā)表了題為：n-type thermoelectric elastomers（n 型熱電彈性體）的研究論文。
該研究開發(fā)了首個(gè) n 型熱電彈性體（TEE），這種兼具彈性、伸展性和熱電轉(zhuǎn)化能力的創(chuàng)新材料，有望大幅提升可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的彈性熱電發(fā)電機(jī)（TEG）的貼膚適形性與能量轉(zhuǎn)化效率。
彈性熱電發(fā)電機(jī)因其卓越的貼合覆蓋能力和形狀適應(yīng)性，在開發(fā)自供電可穿戴電子設(shè)備、柔性生物電子器件和個(gè)人體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方面具有重要價(jià)值。然而，截至目前，所有已報(bào)道的高性能熱電材料都僅能實(shí)現(xiàn)柔性而非彈性。
在這項(xiàng)最新研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過將均勻的體相納米相分離、熱激活交聯(lián)和靶向摻雜技術(shù)集成于單一材料體系中，首次報(bào)道了 n 型熱電彈性體（n-type thermoelectric elastomers）。該熱電彈性體在承受 150% 應(yīng)變時(shí)仍展現(xiàn)出優(yōu)異的橡膠樣回彈性，其熱電優(yōu)值（ZT值）即使在機(jī)械形變狀態(tài)下也可與柔性無機(jī)材料相媲美。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)制造了首個(gè)彈性熱電發(fā)電機(jī)（TEG），并展示了其在人體熱能收集中的應(yīng)用，展現(xiàn)出驅(qū)動(dòng)可穿戴電子設(shè)備和生物傳感器的潛力。
傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，摻入絕緣聚合物會(huì)稀釋有機(jī)熱電材料中的活性成分，從而導(dǎo)致性能下降。然而，該研究發(fā)現(xiàn)，通過精準(zhǔn)選配彈性基質(zhì)與摻雜劑，可形成均勻分布、具有彈性體包裹結(jié)構(gòu)且高度 n 型摻雜的半導(dǎo)體聚合物納米纖維網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率提升與熱導(dǎo)率降低的協(xié)同優(yōu)化。
總的來說，該研究開發(fā)的這種 n 型熱電彈性體（TEE）有望大幅提升可穿戴設(shè)備應(yīng)用中的彈性熱電發(fā)電機(jī)（TEG）的貼膚適形性與能量轉(zhuǎn)化效率。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09387-z
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