導(dǎo)讀

北京時(shí)間8月13日23時(shí)，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》以“N-type thermoelectric elastomers（N型熱電彈性體）”為題，在線(xiàn)發(fā)表了青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院劉凱教授(第一作者)的最新研究成果，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的歷史性重大突破！

隨著可穿戴電子設(shè)備和軟生物電子學(xué)的飛速發(fā)展，如何提供高效、靈活的能源解決方案已成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。熱電發(fā)電技術(shù)作為一種能夠?qū)夭钷D(zhuǎn)化為電能的有效方式，已展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。然而，傳統(tǒng)熱電器件多采用無(wú)機(jī)熱電材料，側(cè)重于在剛性結(jié)構(gòu)下的應(yīng)用，缺乏彈性和形狀適應(yīng)性，在柔性和可穿戴設(shè)備中應(yīng)用上受到顯著限制。針對(duì)這一問(wèn)題，劉凱開(kāi)發(fā)了首個(gè)N型熱電彈性體（TEE），一種兼具彈性、伸展性和熱電轉(zhuǎn)化能力的創(chuàng)新材料，為上述領(lǐng)域的能源采集技術(shù)開(kāi)辟了新的方向。

N型熱電彈性體通過(guò)將均勻納米相分離、熱激活交聯(lián)和定向摻雜三種策略相結(jié)合成功合成，展現(xiàn)出了卓越的拉伸性以及回彈性，拉伸應(yīng)變高達(dá)850%，能夠和傳統(tǒng)的橡膠媲美。該材料的熱電優(yōu)值（ZT值）在300K時(shí)可達(dá)到0.49，接近甚至超越了現(xiàn)有的柔性或塑性無(wú)機(jī)熱電材料的性能。通過(guò)精確選擇彈性體和摻雜劑的組合，不僅能夠改善拉伸性，還能促進(jìn)均勻分布的半導(dǎo)體聚合物納米纖維的形成，從而提升電導(dǎo)率并降低熱導(dǎo)率，為熱電材料在高效能與彈性可調(diào)性之間的平衡提供了嶄新的解決方案。基于此，研究團(tuán)隊(duì)制造了首個(gè)彈性熱電發(fā)電機(jī)，展示了其在人體熱能收集中的應(yīng)用，并展現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)可穿戴電子設(shè)備和生物傳感器的潛力。與無(wú)機(jī)熱電器件不同，彈性熱電發(fā)電機(jī)無(wú)需復(fù)雜的互連結(jié)構(gòu)，能夠直接與皮膚表面適配，同時(shí)保持較高的填充因子和較低的熱阻，使得該器件能夠兼具高效的熱電轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異的舒適性、形狀適應(yīng)性，為柔性電子學(xué)和可穿戴設(shè)備的能源采集技術(shù)提供了嶄新的解決方案。

該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市杰出青年基金、北京大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)、北京大學(xué)材料加工與測(cè)試中心、青島科技大學(xué)橡膠行業(yè)創(chuàng)新研發(fā)技術(shù)中心等的大力支持，該研究成果在《Nature》正刊發(fā)表，標(biāo)志著青島科技大學(xué)在橡膠與高分子材料領(lǐng)域熱電彈性體材料方面取得了具有國(guó)際顯示度的重大科研成果。

近年來(lái)，青島科技大學(xué)堅(jiān)持“服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、服務(wù)區(qū)域發(fā)展、引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步”發(fā)展戰(zhàn)略，充分發(fā)揮橡膠材料等學(xué)科優(yōu)勢(shì)特色，依托國(guó)家橡膠與輪胎工程技術(shù)研究中心、高性能有機(jī)光學(xué)聚合物與先進(jìn)制造技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等高能級(jí)科研平臺(tái)，重點(diǎn)圍繞彈性體功能材料、綠色橡膠制備等方向深入開(kāi)展“有組織科研”，為加快實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)持續(xù)貢獻(xiàn)青科大力量。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09387-z

來(lái)源：青島科技大學(xué)