中国科学家研制出“热电橡胶”

8月14日，记者从青岛科技大学获悉，该校刘凯教授研发出首个N型热电弹性体，又称“热电橡胶”，为柔性电子产品和可穿戴设备的能量采集提供了一种新的解决方案。该研究成果已于8月13日发表在《自然》杂志上。

传统热电器件主要采用无机热电材料，其应用主要集中于刚性结构，缺乏弹性和形状适应性，限制了其在可穿戴设备中的应用。为解决这一问题，刘凯借鉴北京大学雷霆教授团队和青岛科技大学华静教授团队的研究成果，开发了一种N型热电弹性体。这种创新材料兼具弹性、可拉伸性和热电转换能力，为可穿戴设备的能量采集技术开辟了新的方向。

刘凯解释说，他通过结合三种策略——均匀纳米相分离、热激活交联和靶向掺杂——成功合成了一种N型热电弹性体。该材料具有优异的拉伸性和回弹性，拉伸应变高达850%，与传统橡胶相当。同时，其在300开尔文下的热电优值达到0.49，接近甚至超过了现有柔性或塑料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，研究人员不仅提高了材料的拉伸性，还促进了均匀分布的半导体聚合物纳米纤维的形成，从而提高了材料的电导率并降低了其热导率。这克服了热电材料在实现高性能和弹性可调性方面的局限性。

基于此，研究人员制造出了首个弹性热电发电机。与无机热电器件不同，这种弹性热电发电机无需复杂的互连结构，即可直接贴合皮肤表面，同时保持高填充因子和低热阻。该器件兼具高热电转换效率、优异的舒适性和形状适应性，展现出驱动可穿戴电子设备和生物传感器的巨大潜力。