IT之家 6 月 9 日消息，據中國科學院電工研究所消息，該所古宏偉研究團隊聯合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電器件研究方面獲重要進展，基于 Ag?Se 的柔性熱電膜材料室溫熱電優值（ZT 值）和可穿戴發電器件的歸一化功率密度為所有已報道同類材料的最高值。
智能可穿戴電子設備發展迅猛，化學電池作為傳統的供能方式需要定期更換和維護，限制了其規模化應用。熱電技術可直接將熱能轉換成電能，并具有無機械轉動部件、安全、環保等優點，為解決智能可穿戴電子設備的用電問題提供了優選方案。但目前柔性熱電膜材料熱電性能普遍較低，且發電器件多采用平面結構，限制了器件集成度和冷熱端溫差，導致器件輸出功率低，難以驅動電子設備正常運轉。
研究團隊采用化學溶液法，結合抽濾和快速熱壓等技術，在尼龍襯底上創新性制備出一種高性能柔性 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料。Ag2Se 納米線作為主要成分，具有強的（013）取向，該晶向有利于電子傳輸；多孔結構的尼龍襯底不僅可以增強與 Ag2Se 之間的結合力，還賦予了復合膜材料良好的柔韌性。網狀結構的 rGO 提供了快速導電通道，與 Ag2Se 之間的界面可以通過能量過濾效應過濾低能載流子，使得材料電導率和 Seebeck 系數顯著提高；這些界面還可以散射聲子，降低晶格熱導率。綜合上述措施，團隊成功解耦部分熱－電參數，大幅度提高了 Ag2Se 材料的熱電性能，研制出 ZT 值高達 1.28 的柔性 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料，處于國際領先水平。
▲ 柔性 Ag2Se / rGO 復合熱電膜材料和發電器件性能圖
利用自制的 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料，研究團隊采用拱橋結構設計理念，借助硅膠半球，進一步開發出一種由 100 對熱電腿組成的三維面外結構柔性發電器件。硅膠半球的結構有利于建立溫差，提高熱電腿排列密度，從而解決了平面型柔性發電器件溫差小、熱電臂集成度低導致器件輸出性能差的問題。該發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 基柔性發電器件的最高值，并成功通過環境與人體的溫差發電驅動手表、溫濕度等電子器件。
▲ 柔性可穿戴發電器件應用展示
這一研究將熱電轉換技術成功應用于柔性發電器件，提升了智能可穿戴電子設備的供能方式，對其規模化應用具有重要的現實意義。
中國科學院電工研究所為論文第一完成單位，電工所博士研究生張琳為論文第一作者。電工所研究員丁發柱、副研究員商紅靜等為論文共同通訊作者。
