近日，中国科学院电工研究所传来振奋人心的消息，该所的古宏伟研究团队携手澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员，在智能可穿戴电子设备的柔性发电器件研发领域取得了突破性进展。他们研发出了一种基于Ag₂Se的柔性热电膜材料，其室温热电优值（ZT值）以及可穿戴发电器件的归一化功率密度均刷新了同类材料的最高纪录。
智能可穿戴电子设备市场蓬勃发展，然而，传统的化学电池供能方式因其需要定期更换和维护，成为了制约其广泛应用的一大瓶颈。热电技术作为一种直接将热能转换为电能的方法，以其无机械转动部件、安全环保等优势，为解决智能可穿戴设备的供电问题提供了新的思路。然而，现有的柔性热电膜材料热电性能普遍不高，且多数发电器件采用平面结构，限制了器件的集成度和冷热端温差，进而影响了输出功率，难以支撑电子设备的正常运行。
为了攻克这一难题，研究团队创新性地采用了化学溶液法，并结合抽滤和快速热压等技术，在尼龙衬底上成功制备出高性能的Ag2Se／rGO复合热电膜材料。Ag2Se纳米线作为主要成分，具有显著的（013）取向，这一晶向极大促进了电子的传输。多孔结构的尼龙衬底不仅增强了与Ag2Se的结合力，还赋予了复合膜材料出色的柔韧性。而网状结构的rGO则提供了快速的导电通道，与Ag2Se之间的界面通过能量过滤效应，有效提升了材料的电导率和Seebeck系数，同时降低了晶格热导率。通过这些综合措施，团队成功提升了Ag2Se材料的热电性能，研制出的柔性Ag2Se／rGO复合热电膜材料ZT值高达1.28，达到了国际领先水平。
基于这一高性能材料，研究团队进一步开发出了一种三维面外结构的柔性发电器件，该器件由100对热电腿组成，采用拱桥结构设计理念，借助硅胶半球结构，有效提高了温差和热电腿的排列密度。这一创新设计解决了平面型柔性发电器件温差小、热电臂集成度低导致的输出性能差的问题。该发电器件展现出了高达9.8μWcm⁻²K⁻²的超高归一化功率密度，是Ag2Se基柔性发电器件中的佼佼者，成功利用人体与环境之间的温差发电，驱动了手表、温湿度计等电子设备。
这一研究成果不仅成功将热电转换技术应用于柔性发电器件，还为智能可穿戴电子设备的供能方式带来了革新，对其规模化应用具有深远的意义。相关研究成果已于近期在《自然通讯》上发表，标志着我国在智能可穿戴电子设备柔性发电器件研究领域迈出了重要一步。
