首创“N型热电弹性体” 让橡胶“发电” 青岛科技大学一研究成果在《Nature》正刊发表

抖音快讯 2025年08月24日 21:13 1 admin

北京时间8月13日，国际顶级学术期刊《Nature》以“n-Type thermoelectric elastomers（N型热电弹性体）”为题，在线发表了青岛科技大学高分子科学与工程学院刘凯教授（第一作者）的最新研究成果。

首创“N型热电弹性体” 让橡胶“发电” 青岛科技大学一研究成果在《Nature》正刊发表

随着可穿戴电子设备和软生物电子学的飞速发展，如何提供高效、灵活的能源解决方案已成为亟待解决的关键问题。热电发电技术作为一种能够将温差转化为电能的有效方式，已展现出广泛的应用前景。然而，传统热电器件多采用无机热电材料，侧重于在刚性结构下的应用，缺乏弹性和形状适应性，在柔性和可穿戴设备中应用上受到显著限制。针对这一技术瓶颈，青岛科技大学高分子科学与工程学院刘凯教授依托北京大学雷霆教授团队研究基础，并与青岛科技大学华静教授团队协作，成功开发出首个N型热电弹性体（TEE）—这种创新材料同时具备弹性、伸展性和热电转化能力，为柔性电子与可穿戴设备的能源采集技术开辟了新的方向。

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。

该研究由刘凯依托北京大学雷霆教授团队、青岛科技大学华静教授团队，联合中国科学院化学研究所刘云圻院士-郭云龙研究员课题组以及狄重安研究员课题组、北京大学裴坚教授课题组共同攻关完成，得到了国家自然科学基金、北京市杰出青年基金、北京大学高性能计算平台、北京大学材料加工与测试中心、青岛科技大学橡胶行业创新研发技术中心等大力支持。

近年来，青岛科技大学坚持“服务国家战略、服务区域发展、引领行业进步”发展战略，充分发挥橡胶材料等学科优势特色，依托国家橡胶与轮胎工程技术研究中心、高性能有机光学聚合物与先进制造技术全国重点实验室等高能级科研平台，重点围绕弹性体功能材料、绿色橡胶制备等方向深入开展“有组织科研”，为加快实现高水平科技自立自强持续贡献青科大力量。