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  熱電發(fā)電機（TEGs）有望從人體體表直接獲取電能，在柔性和可穿戴電子設備方面顯示出巨大潛力。理想的柔性可穿戴TEGs需要保證在室溫附近具有較高的熱電性能，對于彎曲或不規(guī)則的皮膚表面要具有較好的共形能力，且要有較高的可拉伸性以適應身體運動所引起的應變，以及在實際應用過程中能實現(xiàn)自我修復以應對機械損傷。

  針對以上考慮，深圳大學陳光明/劉卓鑫課題組采用一種微波浪結(jié)構，將高性能熱電薄膜與彈性水凝膠結(jié)合起來，制備了一種用于可穿戴應用的柔性可拉伸TEG。該水凝膠基底含共價交聯(lián)的網(wǎng)絡，且分子鏈內(nèi)與鏈間通過多重動態(tài)氫鍵相互作用，因而具有高拉伸性和一定的自修復能力。所采用的微波浪結(jié)構成功將水凝膠本體的高拉伸性和自修復能力提升到了器件層面，所制備的TEG可輕松拉伸300%且保持穩(wěn)定的熱電性能，并能夠通過水凝膠的自修復和微波浪結(jié)構的重排來及時補救損傷，實現(xiàn)一定的“自救”效果。

圖1 水凝膠基底的結(jié)構與合成示意

圖2 p型與n型薄膜的熱電性能

  該微波浪狀結(jié)構TEG在15K的小溫差下，僅用三個p-n對串聯(lián)就實現(xiàn)了4.15 mV的輸出電壓和172.9 nW的輸出功率。此能量輸出可以較好地滿足低功耗傳感器和發(fā)射器的要求。該TEG可輕松拉伸到300%，同時，可以保持穩(wěn)定的能量輸出，在拉伸過程中始終保有初始狀態(tài)90%以上的熱電性能。其拉伸性和性能穩(wěn)定性超過了大多數(shù)文獻報道的TEGs。另外，還表現(xiàn)出理想的器件層面的自救能力，利用水凝膠高效的自修復特性和熱電腿的微波浪狀結(jié)構，在器件損傷時及時補救，從而維持穩(wěn)定、持續(xù)的能量供給。

圖3 TEG設計與性能測試

  此研究為高拉伸性可穿戴TEGs提供了可參考的設計思路，相關工作發(fā)表在《CCS Chemistry》上，文章的第一作者為深圳大學材料學院劉卓鑫助理教授，通訊作者為深圳大學陳光明特聘教授和國家納米科學中心王漢夫副研究員。

  原文信息：A Wavy-Structured Highly Stretchable Thermoelectric Generator with Stable Energy Output and Self-Rescuing Capability

  Zhuoxin Liu, Xiaodong Wang, Shasha Wei, Haicai Lv, Jiaqian Zhou, Peng Peng, Hanfu Wang* and Guangming Chen*

  CCS Chem. 2021 Online

  https://doi.org/10.31635/ccschem.021.202101077