柔性热电材料和器件:挑战与创新

电子器件的小型化、集成化有力推动了可穿戴式电子设备和用于医疗的植入性电子设备的快速发展。电池作为传统供能方式具有需要定期更换和维护等不便性,寻求一种绿色稳定的、可持续的供能方式对发展可穿戴式和植入性电子设备具有深远的意义。热电材料能够通过塞贝克效应 (Seebeck Effect) 实现热能到电能的直接转换,通过回收人体废热来发电有望实现对小型化电子设备的稳定供能。柔性热电材料相比传统块体热电材料具有可弯曲,轻重量等优点,通过形成与人体热源更加紧密的界面接触,可以进一步的减少热量传递损失,从而提高发电效率。然而目前为止,柔性热电材料的热电转换效率(zT)相比块体热电仍然很低。因此,提高柔性热电材料的热电转化效率十分必要,并且有助于推动其进一步产业化。

近日,澳大利亚南昆士兰大学陈志刚教授与昆士兰大学邹进教授和上海硅酸盐所的陈立东教授和史迅教授对近年来柔性热电材料和器件的进展进行了归纳性总结。文章中将不同的柔性热电材料分为导电聚合物,导电聚合物与无机半导体填充物的复合材料,无机半导体薄膜三大类,并通过对不同体系微观层面的物理化学机理分析提炼出各自的性能优化策略。另一方面,文中总结了不同柔性热电器件的结构特点。通过分析各种结构的优缺点,指明其各自适合的应用场合。最后,作者针对不同柔性热电体系以及柔性热电器件提出了面临的挑战和可能的解决策略,为未来高性能柔性热电材料和器件的发展提供了新的思路。

相关综述论文以”Flexible Thermoelectric Materials and Generators: Challenges and Innovations”为题发表在Advanced Materials上(DOI: 10.1002/adma.201807916)。本文的第一作者为南昆士兰大学材料系博士生王元,通讯作者为陈志刚教授。