可穿戴设备的柔性热电纤维在极端环境中保持稳定的能源性能

一组韩国研究人员开发了一种热电材料，可用于智能服装等可穿戴设备，即使在极端环境下也能保持稳定的热能性能。它极大地解决了在实现良好性能和热电材料的机械灵活性之间取得平衡的困境，这是热电材料领域长期面临的挑战，也证明了商业化的可能性

材料科学与工程系Yeon Sik Jung教授和机械工程系Inkyu Park教授的联合研究团队与韩巴特国立大学Min Wook Oh教授和韩国机械与材料研究所Jun Ho Jeong博士的研究团队合作，成功开发了碲化铋（Bi2Te3）热电纤维，这是一种用于下一代柔性电子设备的创新能量收集解决方案

这项研究发表在《先进材料》杂志上

热电材料是在存在温差时产生电压并将热能转化为电能的材料。目前，约70%的能量损失是废热，因此人们正在关注能够从这种废热中回收和收获能量的可持续能源材料的研究

我们周围的大部分热源都是弯曲的，比如人体、汽车排气管和散热片。基于陶瓷材料的无机热电材料具有很高的热电性能，但它们很脆弱，很难以弯曲的形状生产。同时，使用现有聚合物粘合剂的柔性热电材料可以应用于各种形状的表面，但由于聚合物的低电导率和高热阻，其性能受到限制

现有的柔性热电材料含有聚合物添加剂，但研究小组开发的无机热电材料不具有柔性，因此他们通过扭曲纳米带而不是添加剂来生产线状热电材料，从而克服了这些局限性

受无机纳米带灵活性的启发，研究小组使用基于纳米模具的电子束沉积技术连续沉积纳米带，然后将其扭曲成线状，以制造碲化铋（Bi2Te3）无机热电纤维

这些无机热电纤维具有比现有热电材料更高的弯曲强度，即使在重复弯曲和拉伸试验1000多次后，电性能也几乎没有变化。研究小组创建的热电装置利用温差产生电力，如果衣服是用纤维型热电装置制成的，则可以从体温产生电力来操作其他电子设备

事实上，通过在救生衣或衣服中嵌入热电纤维来收集能量的演示证明了商业化的可能性。此外，它还开辟了构建高效能量收集系统的可能性，该系统通过利用工业环境中管道内热流体和外部冷空气之间的温差来回收废热

Yeon Sik Jung教授表示：“本研究开发的无机柔性热电材料可用于智能服装等可穿戴设备，即使在极端环境下也能保持稳定的性能，因此未来通过进一步研究实现商业化的可能性很高。”朴英玉教授补充道：“这项技术将成为下一代能量收集技术的核心，有望在从工业场所的废热利用到个人可穿戴自发电设备的各个领域发挥重要作用。”