深圳大学陈光明/刘卓鑫课题组《CCS Chem.》：高拉伸性且可自修复的柔性热电发电机

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热电发电机（TEGs）有望从人体体表直接获取电能，在柔性和可穿戴电子设备方面显示出巨大潜力。理想的柔性可穿戴TEGs需要保证在室温附近具有较高的热电性能，对于弯曲或不规则的皮肤表面要具有较好的共形能力，且要有较高的可拉伸性以适应身体运动所引起的应变，以及在实际应用过程中能实现自我修复以应对机械损伤。

针对以上考虑，深圳大学陈光明/刘卓鑫课题组采用一种微波浪结构，将高性能热电薄膜与弹性水凝胶结合起来，制备了一种用于可穿戴应用的柔性可拉伸TEG。该水凝胶基底含共价交联的网络，且分子链内与链间通过多重动态氢键相互作用，因而具有高拉伸性和一定的自修复能力。所采用的微波浪结构成功将水凝胶本体的高拉伸性和自修复能力提升到了器件层面，所制备的TEG可轻松拉伸300%且保持稳定的热电性能，并能够通过水凝胶的自修复和微波浪结构的重排来及时补救损伤，实现一定的“自救”效果。

图1 水凝胶基底的结构与合成示意

图2 p型与n型薄膜的热电性能

该微波浪状结构TEG在15K的小温差下，仅用三个p-n对串联就实现了4.15 mV的输出电压和172.9 nW的输出功率。此能量输出可以较好地满足低功耗传感器和发射器的要求。该TEG可轻松拉伸到300%，同时，可以保持稳定的能量输出，在拉伸过程中始终保有初始状态90%以上的热电性能。其拉伸性和性能稳定性超过了大多数文献报道的TEGs。另外，还表现出理想的器件层面的自救能力，利用水凝胶高效的自修复特性和热电腿的微波浪状结构，在器件损伤时及时补救，从而维持稳定、持续的能量供给。

图3 TEG设计与性能测试

此研究为高拉伸性可穿戴TEGs提供了可参考的设计思路，相关工作发表在《CCS Chemistry》上，文章的第一作者为深圳大学材料学院刘卓鑫助理教授，通讯作者为深圳大学陈光明特聘教授和国家纳米科学中心王汉夫副研究员。

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

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