近日，中國科學(xué)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(xué)的研究人員，在智能可穿戴電子設(shè)備的柔性發(fā)電器件研發(fā)領(lǐng)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?zé)犭妰?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(jì)錄。

智能可穿戴電子設(shè)備市場蓬勃發(fā)展，然而，傳統(tǒng)的化學(xué)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(yīng)用的一大瓶頸。熱電技術(shù)作為一種直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能的方法，以其無機械轉(zhuǎn)動部件、安全環(huán)保等優(yōu)勢，為解決智能可穿戴設(shè)備的供電問題提供了新的思路。然而，現(xiàn)有的柔性熱電膜材料熱電性能普遍不高，且多數(shù)發(fā)電器件采用平面結(jié)構(gòu)，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(shè)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(xué)溶液法，并結(jié)合抽濾和快速熱壓等技術(shù)，在尼龍襯底上成功制備出高性能的Ag2Se／rGO復(fù)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(jié)構(gòu)的尼龍襯底不僅增強了與Ag2Se的結(jié)合力，還賦予了復(fù)合膜材料出色的柔韌性。而網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的rGO則提供了快速的導(dǎo)電通道，與Ag2Se之間的界面通過能量過濾效應(yīng)，有效提升了材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)，同時降低了晶格熱導(dǎo)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(fù)合熱電膜材料ZT值高達1.28，達到了國際領(lǐng)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(jié)構(gòu)的柔性發(fā)電器件，該器件由100對熱電腿組成，采用拱橋結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，借助硅膠半球結(jié)構(gòu)，有效提高了溫差和熱電腿的排列密度。這一創(chuàng)新設(shè)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(dǎo)致的輸出性能差的問題。該發(fā)電器件展現(xiàn)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(qū)動了手表、溫濕度計等電子設(shè)備。

這一研究成果不僅成功將熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用于柔性發(fā)電器件，還為智能可穿戴電子設(shè)備的供能方式帶來了革新，對其規(guī)模化應(yīng)用具有深遠的意義。相關(guān)研究成果已于近期在《自然通訊》上發(fā)表，標(biāo)志著我國在智能可穿戴電子設(shè)備柔性發(fā)電器件研究領(lǐng)域邁出了重要一步。