近日，电工研究所古宏伟研究团队联合澳大利亚昆士兰科技大学的研究人员，在智能可穿戴电子设备的柔性发电器件研究方面获重要进展，基于Ag₂Se的柔性热电膜材料室温热电优值（ZT值）和可穿戴发电器件的归一化功率密度为所有已报道同类材料的最高值。
智能可穿戴电子设备发展迅猛，化学电池作为传统的供能方式需要定期更换和维护，限制了其规模化应用。热电技术可直接将热能转换成电能，并具有无机械转动部件、安全、环保等优点，为解决智能可穿戴电子设备的用电问题提供了优选方案。但目前柔性热电膜材料热电性能普遍较低，且发电器件多采用平面结构，限制了器件集成度和冷热端温差，导致器件输出功率低，难以驱动电子设备正常运转。
研究团队采用化学溶液法，结合抽滤和快速热压等技术，在尼龙衬底上创新性制备出一种高性能柔性Ag2Se／rGO复合热电膜材料。Ag2Se纳米线作为主要成分，具有强的（013）取向，该晶向有利于电子传输；多孔结构的尼龙衬底不仅可以增强与Ag2Se之间的结合力，还赋予了复合膜材料良好的柔韧性。网状结构的rGO提供了快速导电通道，与Ag2Se之间的界面可以通过能量过滤效应过滤低能载流子，使得材料电导率和Seebeck系数显著提高；这些界面还可以散射声子，降低晶格热导率。综合上述措施，团队成功解耦部分热－电参数，大幅度提高了Ag2Se材料的热电性能，研制出ZT值高达1.28的柔性Ag2Se／rGO复合热电膜材料，处于国际领先水平。
利用自制的Ag2Se／rGO复合热电膜材料，研究团队采用拱桥结构设计理念，借助硅胶半球，进一步开发出一种由100 对热电腿组成的三维面外结构柔性发电器件。硅胶半球的结构有利于建立温差，提高热电腿排列密度，从而解决了平面型柔性发电器件温差小、热电臂集成度低导致器件输出性能差的问题。该发电器件展现出了高达9.8 μWcm⁻²K⁻²的超高归一化功率密度，是Ag2Se基柔性发电器件的最高值，并成功通过环境与人体的温差发电驱动手表、温湿度等电子器件。
这一研究将热电转换技术成功应用于柔性发电器件，提升了智能可穿戴电子设备的供能方式，对其规模化应用具有重要的现实意义。
中国科学院电工研究所为论文第一完成单位，电工所博士研究生张琳为论文第一作者。电工所研究员丁发柱、副研究员商红静等为论文共同通讯作者。
相关实验成果以“High－performance Ag2Se－based thermoelectrics for wearable electronics”为题发表于《自然通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。
柔性Ag2Se/rGO复合热电膜材料和发电器件性能图
柔性可穿戴发电器件应用展示