智能可穿戴设备柔性发电器件研究获重要进展

近日，中国科学院电工研究所古宏伟团队和澳大利亚昆士兰科技大学研究人员合作，在智能可穿戴电子设备柔性发电器件研究方面获重要进展。联合团队研制出基于硒化银的柔性热电膜材料室温热电优值（ZT值）和可穿戴发电器件的归一化功率密度均为所有已报道同类材料的最高值，相关成果在《自然—通讯》发表。

柔性可穿戴发电器件应用展示。电工所供图

化学电池供能需要定期更换和维护，限制了智能可穿戴电子设备的规模化应用。热电技术可直接将热能转换成电能，并具有无机械转动部件、安全、环保等优点，为解决智能可穿戴电子设备的用电问题提供了优选方案。但目前柔性热电膜材料热电性能普遍较低，且发电器件多采用平面结构，限制了器件集成度和冷热端温差，导致器件输出功率低，难以驱动电子设备正常运转。

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复合热电膜材料。这种多孔结构的尼龙衬底不仅赋予复合膜材料良好的柔韧性，其网状结构也提供了快速导电通道。从而成功解耦部分热-电参数，大幅度提高了材料的热电性能，研制出室温热电优值高达1.28（国际领先水平）的柔性复合热电膜材料。

利用这种复合热电膜材料，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。

该发电器件展现出超高归一化功率密度，并成功通过环境与人体的温差发电驱动手表、温湿度等电子器件。

该研究将热电转换技术应用于柔性发电器件，提升了智能可穿戴电子设备的供能方式，对其规模化应用具有重要意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60284-5