摘要：大家好！今天一起来了解三维柔性热电织物！现在物联网、人工智能发展太快啦，可穿戴电子设备需求暴增。其中，能把人体热量转化成电能的柔性热电设备超有潜力，但之前的材料和结构设计问题多多。比如说，很多高性能热电材料又硬又脆，做成二维的吧，温度梯度方向还不理想，三维的呢

*本文只做阅读笔记分享*

一、热电织物诞生记：突破难题的神奇材料

大家好！今天一起来了解三维柔性热电织物！现在物联网、人工智能发展太快啦，可穿戴电子设备需求暴增。其中，能把人体热量转化成电能的柔性热电设备超有潜力，但之前的材料和结构设计问题多多。比如说，很多高性能热电材料又硬又脆，做成二维的吧，温度梯度方向还不理想，三维的呢，又不透气、不稳定。

为了解决这些麻烦，科学家们一顿操作猛如虎，用3D编织技术，把36dtex氨纶长丝当成间隔纱，造出了有超多静态空气通道的织物。再加上碳纳米管、PEDOT:PSS这些“神奇调料”进行掺杂，就诞生了热电间隔织物（TESF）。从它的制作过程，就像搭积木一样，不过这积木搭得超有技术含量！和其他类似的设备比，咱这TESF在好多方面都是“王者”级别，透气性好、响应速度快、精度高，热导率还低，就像给设备开了“挂”。

二、超能力大揭秘：传感性能有多牛

这个热电织物的本事可大了！先说说透气性，它的3D结构就像给空气开了绿色通道，能让人体和外界环境畅快地进行热量和水分交换，穿着它就像给皮肤自由呼吸的权利。

再看看热电性能，掺杂能改变它的好多特性。加了PEDOT:PSS后，电导率和功率因数就像坐了火箭一样上升；加了十八胺，塞贝克系数直接“叛变”变成负值。

而且它对温度变化超敏感，0.02K的小变化都能轻松察觉，响应时间只要240ms，比你眨眼还快！在压阻方面，它也毫不含糊，当成压阻传感器用时，在10%-50%的压缩应变下都稳稳当当，压缩变形超过20%时，应变系数能达到1.7。大变形下响应时间20ms，恢复时间60ms，1万次压缩循环后，信号还是那么稳定，简直是“打不死的小强”。

三、互不干扰的秘密：解耦机制

这热电织物还有个神奇的地方，就是热电和压阻效应能“各玩各的”，互不干扰。为了搞清楚这点，科学家们做了好多实验。

以p型TESF为例，给它不同的刺激，观察电信号变化。施加压力时，电阻信号变了，但热电电压不受影响；加上温差后，热电电压变化，电阻信号也不捣乱。

这就说明，应变引起的电阻信号和温差引起的热电电压信号能独立变化，就像两个有默契的小伙伴，各干各的活儿，互不打扰。

用有限元分析验证后，发现就算设备变形，温度分布和热电电压输出都很稳定，这解耦能力太绝了！

四、生活中的超能力：广泛应用超实用

这个热电织物在生活里用处可多啦！从能量收集来说，把它戴在手腕上，因为它热导率低，能保持温度差，就能产生稳定电压，给小设备供电。

把它缝到N95口罩上，就变成了智能口罩。从红外图像能看到，呼吸时鼻子区域温度变化，口罩上的设备就能监测到，不管是正常呼吸、咳嗽还是叹气，都能精准识别，还能区分不同的面部表情，简直比你肚子里的蛔虫还懂你。再加上无线传输模块，一旦呼吸有异常，手机就能收到警报。

缝到手套上，又能实现温度预警。而且它还能做成多功能传感器，戴在关节上，能准确感知运动幅度，还不怕温度干扰。特别是给言语障碍者设计的智能手套，结合机器学习模型，能把手势转化成电信号，学习手语的预测准确率高达100%，这对他们来说就是沟通的“神器”！

五、一起来做做题吧

1、关于可穿戴柔性热电设备的发展，下列说法正确的是？

A. 目前研究主要集中在设备结构优化

B. 大多数高性能热电材料柔韧性好

C. 其发展面临材料和结构设计等挑战

D. 二维设备比三维设备更能收集人体热量

2、在制备热电间隔织物（TESF）时，选用的热电填料是？

A. 聚酯单丝

B. 碳纳米管

C. 十八胺

D. PEDOT:PSS

3、关于热电织物的传感性能，下列说法错误的是？

A. 3D 结构赋予其良好的透气性

B. 掺杂会使热电性能发生改变

C. 对温度变化响应较慢

D. 压阻特性良好，稳定性高

4、热电织物的解耦机制是指？

A. 热电效应和压阻效应相互增强

B. 应变引起的电阻信号和温差引起的热电电压信号独立变化

C. 热电效应和压阻效应相互抵消

D. 温度变化会影响压阻信号

5、下列哪项不是热电织物在生活中的应用？

A. 智能口罩监测呼吸

B. 智能手套辅助学习手语

C. 制作普通衣物增加保暖性

D. 实现温度预警

参考文献：

He, X., et al. Three-dimensional flexible thermoelectric fabrics for smart wearables. Nat Commun 16, 2523 (2025).

来源：知识泥土六二三