中國科學家研發出“熱電橡膠”

8月14日，記者從青島科技大學獲悉，該校劉凱教授研發出首個N型熱電彈性體，又稱“熱電橡膠”，為柔性電子產品和可穿戴設備的能量採集提供了一種新的解決方案。這項研究成果已於8月13日發表在《自然》雜誌。

傳統熱電器件主要採用無機熱電材料，其應用主要集中於剛性結構，缺乏彈性和形狀適應性，限制了其在穿戴式裝置中的應用。為解決這個問題，劉凱借鑒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，開發了N型熱電彈性體。這種創新材料兼具彈性、可拉伸性和熱電轉換能力，為穿戴式裝置的能量採集技術開闢了新的方向。

劉凱解釋說，他透過結合三種策略——均勻奈米相分離、熱激活交聯和靶向摻雜——成功合成了一種N型熱電彈性體。該材料具有優異的拉伸性和回彈性，拉伸應變高達850%，與傳統橡膠相當。同時，其在300開爾文下的熱電優值達到0.49，接近甚至超過了現有柔性或塑膠無機熱電材料的性能。

透過精確選擇彈性體和摻雜劑的組合，研究人員不僅提高了材料的拉伸性，還促進了均勻分佈的半導體聚合物奈米纖維的形成，從而提高了材料的電導率並降低了其熱導率。這克服了熱電材料在實現高性能和彈性可調性方面的限制。

基於此，研究人員製造出了首個彈性熱電發電機。與無機熱電裝置不同，這種彈性熱電發電機無需複雜的互連結構，即可直接貼合皮膚表面，同時保持高填充因子和低熱阻。該裝置兼具高熱電轉換效率、優異的舒適性和形狀適應性，展現出驅動穿戴式電子設備和生物感測器的巨大潛力。