蔡克峰教授课题组在柔性热电薄膜研究方向取得系列进展

柔性热电薄膜可直接利用人体与周围环境之间的温差发电，为可穿戴电子器件提供电源，因而近年来受到了越来越多的重视。最近，同济大学蔡克峰教授课题组发展了一种制备热电性能和柔性都优异的导电聚合物聚吡咯（PPy）与Ag₂Se/Se复合薄膜的方法：首先采用简单温和的湿化学法合成PPy包覆的Ag₂Se纳米线，结合真空抽滤到多孔尼龙滤膜上接着热压处理。性能最优的复合薄膜其室温功率因子高达2240 μW m^-1 K^-2，是目前报道的有机/无机复合柔性热电薄膜的最高值。

少量PPy的添加产生了四重效应：1）提高Ag₂Se晶粒的结晶性从而提升电导率，2）引入能量过滤效应，提高薄膜的塞贝克系数，3）降低热导率，4）提高柔性。

将复合膜组装成6个热电单臂柔性热电器件，在温差34.1 K时的最大功率密度高达37.6 W m^-2。归一化的最大功率密度PD_max·l/ΔT²也高于已报道的柔性热电器件的值。将该6单臂器件放置于刚运行过游戏软件的手机下，手机温度与室温间9.4 K的温差下，该柔性热电器件产生了5.3 mV的电压。表明这种超高性能柔性热电薄膜在可穿戴设备中有潜在的应用。上述工作以 “Exceptionally high power factor Ag₂Se/Se/polypyrrole composite films for flexible thermoelectric generators”为题发表于Advanced Functional Materials上。论文第一作者为3344体育注册主页硕士生李雅婷，通讯作者为蔡克峰教授，共同通讯作者为南方科技大学何佳清教授。

该课题组还用类似工艺制备了热电性能和柔性都优异的绝缘聚合物-聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与 Ag₂Se复合薄膜，室温功率因子高达1910 μW m^-1 K^-2。PVP的添加产生了三重效应：1）使相邻的Ag₂Se晶粒共格提升电导率，2）PVP本身极低的热导率及引入异质界面增加了对声子散射，从而降低热导率，3）提高柔性。该工作以 “Ultrahigh Performance Polyvinylpyrrolidone/Ag2Se Thermoelectric Composite Film for Flexible Energy Harvesting”为题发表于Nano Energy 80 (2021) 105488。论文第一作者为3344体育注册主页硕士生蒋聪，通讯作者为蔡克峰教授，共同通讯作者为武汉理工大学赵文俞教授。

另外，他们对柔性热电材料及器件的最新研究进展做了详细的综述，对该方向的研究提出了存在的问题、可能的思路和发展方向。相关综述以“Recent advances in flexible thermoelectric films and devices”为题发表在Nano Energy 89 (2021) 106309，联合培养硕士生李响为该论文第一作者，通讯作者为蔡克峰教授，共同通讯作者为上海应用技术大学杜永教授。

研究工作得到了国家自然科学基金（51972234和51632010）和国家重点科研项目（2018YFE0111500）的资助。

相关链接：

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