近日，中國科學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的研究人員，在智能可穿戴電子設備的柔性發電器件研發領域取得了突破性進展。他們研發出了一種基于Ag?Se的柔性熱電膜材料，其室溫熱電優值（ZT值）以及可穿戴發電器件的歸一化功率密度均刷新了同類材料的最高紀錄。
智能可穿戴電子設備市場蓬勃發展，然而，傳統的化學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用的一大瓶頸。熱電技術作為一種直接將熱能轉換為電能的方法，以其無機械轉動部件、安全環保等優勢，為解決智能可穿戴設備的供電問題提供了新的思路。然而，現有的柔性熱電膜材料熱電性能普遍不高，且多數發電器件采用平面結構，限制了器件的集成度和冷熱端溫差，進而影響了輸出功率，難以支撐電子設備的正常運行。
為了攻克這一難題，研究團隊創新性地采用了化學溶液法，并結合抽濾和快速熱壓等技術，在尼龍襯底上成功制備出高性能的Ag2Se／rGO復合熱電膜材料。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。多孔結構的尼龍襯底不僅增強了與Ag2Se的結合力，還賦予了復合膜材料出色的柔韌性。而網狀結構的rGO則提供了快速的導電通道，與Ag2Se之間的界面通過能量過濾效應，有效提升了材料的電導率和Seebeck系數，同時降低了晶格熱導率。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復合熱電膜材料ZT值高達1.28，達到了國際領先水平。
基于這一高性能材料，研究團隊進一步開發出了一種三維面外結構的柔性發電器件，該器件由100對熱電腿組成，采用拱橋結構設計理念，借助硅膠半球結構，有效提高了溫差和熱電腿的排列密度。這一創新設計解決了平面型柔性發電器件溫差小、熱電臂集成度低導致的輸出性能差的問題。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基柔性發電器件中的佼佼者，成功利用人體與環境之間的溫差發電，驅動了手表、溫濕度計等電子設備。
這一研究成果不僅成功將熱電轉換技術應用于柔性發電器件，還為智能可穿戴電子設備的供能方式帶來了革新，對其規模化應用具有深遠的意義。相關研究成果已于近期在《自然通訊》上發表，標志著我國在智能可穿戴電子設備柔性發電器件研究領域邁出了重要一步。
