蔡克峰教授課題組在柔性熱電薄膜研究方向取得系列進展

柔性熱電薄膜可直接利用人體與周圍環境之間的溫差發電，為可穿戴電子器件提供電源，因而近年來受到了越來越多的重視。最近，伟德网站是多少蔡克峰教授課題組發展了一種制備熱電性能和柔性都優異的導電聚合物聚吡咯（PPy）與Ag₂Se/Se複合薄膜的方法：首先采用簡單溫和的濕化學法合成PPy包覆的Ag₂Se納米線，結合真空抽濾到多孔尼龍濾膜上接着熱壓處理。性能最優的複合薄膜其室溫功率因子高達2240 μW m^-1 K^-2，是目前報道的有機/無機複合柔性熱電薄膜的最高值。

少量PPy的添加産生了四重效應：1）提高Ag₂Se晶粒的結晶性從而提升電導率，2）引入能量過濾效應，提高薄膜的塞貝克系數，3）降低熱導率，4）提高柔性。

将複合膜組裝成6個熱電單臂柔性熱電器件，在溫差34.1 K時的最大功率密度高達37.6 W m^-2。歸一化的最大功率密度PD_max·l/ΔT²也高于已報道的柔性熱電器件的值。将該6單臂器件放置于剛運行過遊戲軟件的手機下，手機溫度與室溫間9.4 K的溫差下，該柔性熱電器件産生了5.3 mV的電壓。表明這種超高性能柔性熱電薄膜在可穿戴設備中有潛在的應用。上述工作以 “Exceptionally high power factor Ag₂Se/Se/polypyrrole composite films for flexible thermoelectric generators”為題發表于Advanced Functional Materials上。論文第一作者為伟德网站是多少碩士生李雅婷，通訊作者為蔡克峰教授，共同通訊作者為南方科技大學何佳清教授。

該課題組還用類似工藝制備了熱電性能和柔性都優異的絕緣聚合物-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)與 Ag₂Se複合薄膜，室溫功率因子高達1910 μW m^-1 K^-2。PVP的添加産生了三重效應：1）使相鄰的Ag₂Se晶粒共格提升電導率，2）PVP本身極低的熱導率及引入異質界面增加了對聲子散射，從而降低熱導率，3）提高柔性。該工作以 “Ultrahigh Performance Polyvinylpyrrolidone/Ag2Se Thermoelectric Composite Film for Flexible Energy Harvesting”為題發表于Nano Energy 80 (2021) 105488。論文第一作者為伟德网站是多少碩士生蔣聰，通訊作者為蔡克峰教授，共同通訊作者為武漢理工大學趙文俞教授。

另外，他們對柔性熱電材料及器件的最新研究進展做了詳細的綜述，對該方向的研究提出了存在的問題、可能的思路和發展方向。相關綜述以“Recent advances in flexible thermoelectric films and devices”為題發表在Nano Energy 89 (2021) 106309，聯合培養碩士生李響為該論文第一作者，通訊作者為蔡克峰教授，共同通訊作者為上海應用技術大學杜永教授。

研究工作得到了國家自然科學基金（51972234和51632010）和國家重點科研項目（2018YFE0111500）的資助。

相關鍊接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202106902

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105488

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.1063