据中国科学院电工研究所消息，该所古宏伟研究团队联合澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员，在智能可穿戴设备的柔性发电技术领域取得突破性进展，成功研发出一种超高效的新型柔性发电薄膜材料。这种材料通过特殊结构设计，其功率密度创造了硒化银基柔性热电器件所有已报道同类材料的最高值。相关研究成果在线发表于《自然·通讯》杂志。

（柔性可穿戴发电器件应用展示。图源“中国科学院电工所”）

目前，像智能手表、手环这类智能可穿戴设备发展很快，但它们大多靠电池供电。电池需要经常更换或充电，限制了这类设备的普及。热电技术可以直接将人体热量转化为电能，具有安全环保、无须机械部件等优势，是解决可穿戴设备供电问题的理想方案。

然而，现有柔性热电材料的性能较差，且发电器件多为平面结构，导致器件在应用过程中发出的电太少，无法满足电子设备正常运转的需求。

研究团队采用化学溶液法，结合抽滤和快速热压等技术，在尼龙衬底上创新性制备出一种高性能柔性Ag2Se／rGO复合热电膜材料。Ag2Se纳米线作为主要成分，具有强取向，有利于电子传输；多孔结构的尼龙衬底不仅可以增强与Ag2Se之间的结合力，还赋予了复合膜材料良好的柔韧性。网状结构的rGO提供了快速导电通道，与Ag2Se之间的界面可以通过能量过滤效应过滤低能载流子，使得材料电导率和Seebeck系数显著提高；这些界面还可以散射声子，降低晶格热导率。

综合上述措施，团队成功解耦部分热—电参数，大幅度提高了Ag2Se材料的热电性能，研制出ZT值高达1.28的柔性Ag2Se／rGO复合热电膜材料，处于国际领先水平。

值得一提的是，利用自制的Ag2Se／rGO复合热电膜材料，研究团队采用拱桥结构设计理念，借助硅胶半球，进一步开发出一种由100对热电腿组成的三维面外结构柔性发电器件。硅胶半球的结构有利于建立温差，提高热电腿排列密度，从而解决了平面型柔性发电器件温差小、热电臂集成度低导致器件输出性能差的问题。

而这一微型“体温发电机”的发电能力创下了同类器件的世界纪录，产生的电量足够驱动电子手表、温湿度计等小设备运转。

论文共同通讯作者、中国科学院电工所研究员丁发柱表示，这项研究将热电转换技术成功应用于柔性发电器件，为智能可穿戴设备提供了一种高效、可持续的供电方案，对热电转换技术的规模化应用具有重要的现实意义。

来源：科技日报、IT之家