青岛科技大学在《Nature》发文实现重大突破

08-16 06:12

北京时间8月13日23时，国际顶级学术期刊《Nature》以“N - type thermoelectric elastomers（N型热电弹性体）”为题，在线发表了青岛科技大学高分子科学与工程学院刘凯教授（第一作者）的最新研究成果，这实现了学校在国际顶级学术期刊的历史性重大突破！

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随着可穿戴电子设备和软生物电子学的快速发展，提供高效、灵活的能源解决方案成为关键问题。热电发电技术能将温差转化为电能，应用前景广泛。但传统热电器件多采用无机热电材料，适用于刚性结构，缺乏弹性和形状适应性，在柔性和可穿戴设备应用中受限。针对此，刘凯开发了首个N型热电弹性体（TEE），这是一种兼具弹性、伸展性和热电转化能力的创新材料，为相关领域能源采集技术开辟了新方向。

N型热电弹性体通过结合均匀纳米相分离、热激活交联和定向掺杂三种策略合成，拉伸性和回弹性卓越，拉伸应变达850%，可与传统橡胶媲美。该材料300K时热电优值（ZT值）达0.49，接近或超越现有柔性或塑性无机热电材料性能。精确选择弹性体和掺杂剂组合，能改善拉伸性，促进半导体聚合物纳米纤维均匀分布，提升电导率、降低热导率，为热电材料平衡高效能与弹性可调性提供新方案。基于此，研究团队制造了首个弹性热电发电机，展示了其在人体热能收集中的应用，以及驱动可穿戴电子设备和生物传感器的潜力。与无机热电器件不同，弹性热电发电机无需复杂互连结构，能直接适配皮肤表面，保持高填充因子和低热阻，兼具高效热电转换效率、优异舒适性和形状适应性，为柔性电子学和可穿戴设备能源采集技术提供了新方案。