智能可穿戴設備柔性發電器件研究獲重要進展

近日，中國科學院電工研究所古宏偉團隊和澳大利亞昆士蘭科技大學研究人員合作，在智能可穿戴電子設備柔性發電器件研究方面獲重要進展。聯合團隊研制出基于硒化銀的柔性熱電膜材料室溫熱電優值（ZT值）和可穿戴發電器件的歸一化功率密度均為所有已報道同類材料的最高值，相關成果在《自然—通訊》發表。

柔性可穿戴發電器件應用展示。電工所供圖

化學電池供能需要定期更換和維護，限制了智能可穿戴電子設備的規模化應用。熱電技術可直接將熱能轉換成電能，并具有無機械轉動部件、安全、環保等優點，為解決智能可穿戴電子設備的用電問題提供了優選方案。但目前柔性熱電膜材料熱電性能普遍較低，且發電器件多采用平面結構，限制了器件集成度和冷熱端溫差，導致器件輸出功率低，難以驅動電子設備正常運轉。

研究團隊采用化學溶液法，結合抽濾和快速熱壓等技術，在尼龍襯底上創新性制備出一種高性能柔性復合熱電膜材料。這種多孔結構的尼龍襯底不僅賦予復合膜材料良好的柔韌性，其網狀結構也提供了快速導電通道。從而成功解耦部分熱-電參數，大幅度提高了材料的熱電性能，研制出室溫熱電優值高達1.28（國際領先水平）的柔性復合熱電膜材料。

利用這種復合熱電膜材料，研究團隊采用拱橋結構設計理念，借助硅膠半球，進一步開發出由100對熱電腿組成的三維面外結構柔性發電器件。硅膠半球的結構有利于建立溫差，提高熱電腿排列密度，從而解決了平面型柔性發電器件溫差小、熱電臂集成度低導致器件輸出性能差的問題。

該發電器件展現出超高歸一化功率密度，并成功通過環境與人體的溫差發電驅動手表、溫濕度等電子器件。

該研究將熱電轉換技術應用于柔性發電器件，提升了智能可穿戴電子設備的供能方式，對其規模化應用具有重要意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60284-5