摘要：利用人体热量，热电发电机在持续驱动可穿戴电子设备方面具有广阔的应用前景，但在可恢复的灵活性方面仍然是一个挑战，因为已知的高性能热电材料通常是刚性的无机物。
利用人体热量，热电发电机在持续驱动可穿戴电子设备方面具有广阔的应用前景，但在可恢复的灵活性方面仍然是一个挑战，因为已知的高性能热电材料通常是刚性的无机物。
2024年11月11日，同济大学裴艳中教授、李文教授、骆军教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Robust bendable thermoelectric generators enabled by elasticity strengthening》的研究论文，丁文俊为论文第一作者，裴艳中教授、李文教授、骆军教授为论文共同通讯作者。
裴艳中，同济大学材料科学与工程学院教授，国家优青。本科毕业于中南大学，2008年获得中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位，在美国加州理工学院及密西根州立大学从事科研工作约5年，2012年加入同济大学。
裴艳中教授具体的研究对象主要集中在半导体材料，研究内容主要包括：1.先进的材料制备方法；2.电、热、光、磁及微观结构的表征方法；3.能源材料性能所隐含的基本物理及化学问题；4.理论指导下的新型能源材料设计和开发；5.其它应用背景的半导体新材料的研究与开发。
他以热电能源转换材料为主攻方向，自2006年起共发表科技论文90余篇，其中以第一或通讯作者在Nature、Joule、Nat. Commun.、PNAS、Energ Environ Sci、Adv (Funct, Energ)Mater、NPG Asia Mater等著名刊物及影响因子>～10上发表论文50余篇。
李文，同济大学材料科学与工程学院教授，国家优青。2007年、2010年本硕毕业于郑州大学，2013年在日本静岡大学取得博士学位，同年加入同济大学。
李文教授的主要研究内容是基于当前热电材料转换效率较低的瓶颈问题，设计开发高性能热电材料：（1）传统热电材料的性能提升；（2）新型高性能热电材料的设计与开发及其所隐含的基本物理及化学问题研究；（3）生物医用新材料。
骆军，同济大学材料科学与工程学院长聘教授。1999和2002年在北京科技大学分别获得学士和硕士学位，2005年获中科院物理研究所博士学位。2005-2006年在德国柏林自由大学作洪堡学者；2007年加入中科院物理研究所；2013年任上海大学特聘教授；2023年入职同济大学，任长聘教授。
骆军教授主要从事无机热电材料研究，目前重点开展1.热电材料结构有序/无序效应；2.热电材料电热磁耦合及性能增强机制；3.无机柔性热电材料与器件；4.热电材料高通量制备与表征一体化，已发表SCI论文180余篇，被SCI引用5000余次。
在这项工作中，概念化的大弹性应变确保了大幅度弯曲的可恢复弯曲和巨大弯曲后热电性能的完全可恢复性。这使得当前的工作重点是增强Ag2Se弹性的微观结构工程方法，其中多道次热轧技术引起的致密位错和细化晶粒能够显著增强弹性。
由此产生的热轧弹性薄热电发电机实现了创纪录的可弯曲性，在3毫米的微小弯曲半径下至少可弯曲1,000,000次，并具有非凡的功率密度。
这种弯曲性适用于人体最弯曲的表面，为所有无机材料的强大可穿戴热电材料提供了一种有前景的策略。
图1：Ag2Se箔的热轧过程示意图
图2：热轧Ag2Se的弯曲性能
图3：设备性能
综上，这篇论文研究了通过微观结构工程方法增强硒化银（Ag2Se）的弹性，以实现高性能、可弯曲的热电发电机。研究团队通过多道次热轧技术引起致密位错和细化晶粒，显著提高了Ag2Se的弹性，使得热轧后的弹性薄热电发电机在极小的弯曲半径下能够承受至少100万次的弯曲而不损坏，同时保持出色的功率密度，为全无机可穿戴热电设备提供了一种有前景的策略。
该研究开发了一种能够在人体最弯曲部位使用的、具有极高弹性和功率密度的热电发电机，这对于推动可穿戴电子设备的持续供电技术具有重要意义。这项技术的应用前景广阔，尤其是在便携式电子设备和自供电可穿戴技术领域，它提供了一种安全、可靠且能在各种天气条件下运行的可持续电力解决方案。
此外，这种材料的高弹性和功率密度也使其适用于其他需要柔性和耐用性的热电能量收集和转换设备，如柔性电子皮肤、智能服装、以及在极端环境下工作的电子设备。随着技术的进一步发展和成本的降低，这种材料有望在能源收集和转换领域发挥更大的作用。
Ding, W., Shen, X., Jin, M. et al. Robust bendable thermoelectric generators enabled by elasticity strengthening. Nat. Commun. 15, 9767 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54084-6.
来源：华算科技