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【央视新闻客户端】

8月13日，北京大学材料科学与工程学院雷霆教授为论文唯一通讯作者在全球顶级学术期刊《Nature》发表题为“N-type thermoelectric elastomers（N型热电弹性体）”的研究论文。北京大学为第一完成单位。北京大学博士后刘凯（现任青岛科技大学高分子学院教授）和博士生王静怡是该论文的共同第一作者。

随着可穿戴电子器件与生物电子器件的快速发展，如何为柔性可穿戴系统提供兼具高效率、可持续性且高适形性的供能解决方案，成为制约该领域发展的重要技术瓶颈之一。热电器件能够将温差转化为电能，被视为实现可穿戴器件自供电系统的理想候选方案之一。此外，热电器件可通过通电实现制冷，对可穿戴制冷具有重要意义。传统无机热电材料（如Bi2Te3、PbTe等）因其优异的热电性能被广泛应用，但其本征脆性与不可拉伸性，使其难以适配柔性可穿戴设备的动态形变需求。尽管有机热电材料具有较好的柔性，但仍面临拉伸后无法回弹，性能衰减、块体材料模量高无法与皮肤共形接触等问题，难以保证在人体运动场景下的持续稳定发电或制冷。因此，开发兼具高效能量转换、持续供能能力和完美适形性的可穿戴热电系统，已成为热电领域亟待突破的重要挑战。

针对上述问题，雷霆团队开发出兼具高热电优值（ZT值）、高拉伸回弹性、低模量的热电弹性体，即“热电橡胶”材料（图1），突破了热电材料“力-电-热”性能难以兼顾的难题，有望实现人体热能的高效捕获与转化，为可穿戴设备的持续自供能和固态制冷开辟了新路径。

图1 N型热电弹性体的构筑策略

N型热电弹性体通过将均匀纳米相分离、热激活交联和定向掺杂三种策略相结合成功合成，展现出了卓越的拉伸性以及回弹性，拉伸应变高达850%，能够和传统的橡胶媲美。该材料的热电优值（ZT值）在300K时可达到0.49，接近甚至超越了现有的柔性或塑性无机热电材料的性能。通过精确选择弹性体和掺杂剂的组合，不仅能够改善拉伸性，还能促进均匀分布的半导体聚合物纳米纤维的形成，从而提升电导率并降低热导率，为热电材料在高效能与弹性可调性之间的平衡提供了崭新的解决方案。基于此，研究团队制造了首个弹性热电发电机，展示了其在人体热能收集中的应用，并展现了驱动可穿戴电子设备和生物传感器的潜力。与无机热电器件不同，弹性热电发电机无需复杂的互连结构，能够直接与皮肤表面适配，同时保持较高的填充因子和较低的热阻，使得该器件能够兼具高效的热电转换效率和优异的舒适性、形状适应性，为柔性电子学和可穿戴设备的能源采集技术提供了崭新的解决方案。

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