记者14日从青岛科技大学获悉，该校刘凯教授开发出首个N型热电弹性体，即“热电橡胶”，为柔性电子学和可穿戴设备的能源采集技术提供了新方案。相关研究成果8月13日发表在学术期刊《自然》上。
一直以来，传统热电器件多采用无机热电材料，其侧重于在刚性结构下的应用，缺乏弹性和形状适应性，在可穿戴设备应用上受限。针对该问题，刘凯依托北京大学雷霆教授团队和青岛科技大学华静教授团队的研究成果，开发出N型热电弹性体。这是一种兼具弹性、伸展性和热电转化能力的创新材料，为可穿戴设备能源采集技术开辟了新方向。
刘凯介绍，通过将均匀纳米相分离、热激活交联和定向掺杂三种策略结合，成功合成了N型热电弹性体。该材料展现出卓越的拉伸性以及回弹性，其拉伸应变高达850%，能够和传统的橡胶媲美。同时，其热电优值在300开尔文温度下可达到0.49，接近甚至超越现有柔性或塑性无机热电材料的性能。
研究人员通过精确选择弹性体和掺杂剂的组合，不仅能够改善材料的拉伸性，还能促进均匀分布的半导体聚合物纳米纤维的形成，从而提升材料的电导率并降低热导率，突破热电材料无法兼具高效能与弹性可调性的桎梏。
基于此，研究人员制造出首台弹性热电发电机。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。该器件兼具高效的热电转换效率和优异的舒适性、形状适应性，展现了驱动可穿戴电子设备和生物传感器的潜力。
