隨著智能可穿戴設備市場的迅速擴張，傳統電源的局限性日益凸顯。鋰電池等常規能源不僅需要頻繁充電，還存在重量大、環境適應性差等問題，難以滿足設備長期穩定運行的需求。在此背景下，柔性熱電材料憑借其輕便、環保、響應速度快等優勢，成為能源收集領域的研究熱點。這類材料能夠直接將人體散發的熱量、工業廢熱等低品位熱能轉化為電能，在健康監測、智能傳感等領域展現出巨大潛力。然而，現有柔性熱電材料普遍面臨制備工藝復雜、性能提升困難等挑戰，制約了其大規模應用。
近期，科研團隊在柔性熱電材料領域取得重要突破。由上海應用技術大學與澳大利亞南昆士蘭大學聯合組成的團隊，采用直寫打印技術，成功開發出多種高性能柔性熱電薄膜。研究團隊以Ag?Se為核心材料，通過引入甲基纖維素、PEDOT:PSS和PVP等聚合物涂層，制備出三種復合薄膜。其中，PVP@Ag?Se/甲基纖維素薄膜在400K溫度下表現出色，功率因子達到2191.5μW·m?1·K?2，刷新了直寫打印制備的柔性有機/無機復合薄膜紀錄。該團隊還利用這項技術直接打印出三腿柔性熱電發電機，在36.1K溫差條件下，功率密度高達22.1W/m2，性能優于多數同類器件。相關成果已發表于國際權威期刊。
微觀結構分析顯示，PVP涂層在Ag?Se納米線表面形成均勻包覆，退火處理后納米線相互連接形成導電網絡。薄膜內部存在的孔隙、晶界和位錯等缺陷，有效增強了聲子散射，從而降低熱導率。這種獨特的結構設計同時提升了材料的塞貝克系數和電導率，實現了熱電性能的協同優化。實驗數據表明，PVP修飾顯著提高了載流子濃度和有效質量，這是性能提升的關鍵因素。在300-420K溫度范圍內，該薄膜的電導率和功率因子均優于其他兩種復合薄膜，ZT值在300K時達到0.94，處于行業領先水平。
柔韌性測試進一步驗證了材料的實用性。在4mm彎曲半徑下經歷1000次彎曲后，PVP@Ag?Se/甲基纖維素薄膜的電導率保持率達93.76%，塞貝克系數保持率高達96.88%。這種優異的機械穩定性源于材料的多層次結構設計：甲基纖維素和PVP的柔性基質、內部多孔結構以及與尼龍基底的牢固結合，共同賦予了薄膜出色的抗彎曲性能。相比之下，多數已報道的柔性熱電材料在相同測試條件下性能衰減更為明顯。
實際應用場景測試展現了該技術的廣泛適應性。研究人員將三腿熱電發電機貼附于人體前臂，在1.8K微小溫差下即可產生0.70mV電壓，驗證了其在人體熱能收集方面的潛力。集成于口罩中的器件能夠通過呼吸氣流引起的溫差變化監測呼吸頻率，區分正常與快速呼吸狀態。涂覆TiO?的光熱電器件可將光能高效轉換為電能，其開路電壓隨光強增強而顯著上升，在自然光下表現出快速響應和長期穩定性。環形器件和分區觸摸識別結構在位置檢測和局部熱源識別中也表現出高靈敏度。
這項研究通過創新的直寫打印技術，實現了柔性熱電材料性能與制造工藝的雙重突破。該方法具有制備效率高、過程可控性強、易于規模化生產等優勢，為可穿戴設備的能源自供給和多功能集成提供了切實可行的解決方案。研究開發的聚合物涂層策略具有普適性，可推廣至其他熱電材料體系，有望推動柔性熱電技術從實驗室走向實際應用。
