智能可穿戴電子設備發展迅猛，化學電池作為傳統的供能方式需要定期更換和維護，限制了其規模化應用。熱電技術可直接將熱能轉換成電能，并具有無機械轉動部件、安全、環保等優點，為解決智能可穿戴電子設備的用電問題提供了優選方案。但目前柔性熱電膜材料熱電性能普遍較低，且發電器件多采用平面結構，限制了器件集成度和冷熱端溫差，導致器件輸出功率低，難以驅動電子設備正常運轉。

研究團隊采用化學溶液法，結合抽濾和快速熱壓等技術，在尼龍襯底上創新性制備出一種高性能柔性 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料。Ag2Se 納米線作為主要成分，具有強的（013）取向，該晶向有利于電子傳輸；多孔結構的尼龍襯底不僅可以增強與 Ag2Se 之間的結合力，還賦予了復合膜材料良好的柔韌性。網狀結構的 rGO 提供了快速導電通道，與 Ag2Se 之間的界面可以通過能量過濾效應過濾低能載流子，使得材料電導率和 Seebeck 系數顯著提高；這些界面還可以散射聲子，降低晶格熱導率。綜合上述措施，團隊成功解耦部分熱－電參數，大幅度提高了 Ag2Se 材料的熱電性能，研制出 ZT 值高達 1.28 的柔性 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料，處于國際領先水平。

▲ 柔性 Ag2Se / rGO 復合熱電膜材料和發電器件性能圖

利用自制的 Ag2Se／rGO 復合熱電膜材料，研究團隊采用拱橋結構設計理念，借助硅膠半球，進一步開發出一種由 100 對熱電腿組成的三維面外結構柔性發電器件。硅膠半球的結構有利于建立溫差，提高熱電腿排列密度，從而解決了平面型柔性發電器件溫差小、熱電臂集成度低導致器件輸出性能差的問題。該發電器件展現出了高達 9.8μWcm?2K?2 的超高歸一化功率密度，是 Ag2Se 基柔性發電器件的最高值，并成功通過環境與人體的溫差發電驅動手表、溫濕度等電子器件。

▲ 柔性可穿戴發電器件應用展示

這一研究將熱電轉換技術成功應用于柔性發電器件，提升了智能可穿戴電子設備的供能方式，對其規模化應用具有重要的現實意義。

中國科學院電工研究所為論文第一完成單位，電工所博士研究生張琳為論文第一作者。電工所研究員丁發柱、副研究員商紅靜等為論文共同通訊作者。