基于微相交联策略的n型热电弹性体:实现可拉伸高性能有机热电材料

时间:2025年8月15日
来源:Nature

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来自国内的研究人员通过开发微相交联策略,利用氮丙啶类交联剂成功制备出首个n型热电弹性体。该材料在150%应变下展现橡胶般弹性恢复能力,同时保持媲美无机柔性材料的高品质因数(ZT值)。研究突破性地证明弹性体包裹的半导体纳米纤维结构可同步提升电导率和降低热导率,为可穿戴自供电设备带来革命性解决方案。

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科学家们成功研制出突破性的n型热电弹性体(n-TEEs),采用独特的微相交联技术(microphase crosslinking)将氮丙啶(aziridine)交联剂与有机半导体完美结合。这种智能材料像橡皮筋一样可拉伸至150%形变后完全恢复,同时保持惊人的热电转换效率——其品质因数(ZT值)甚至比肩传统刚性无机材料。

与传统认知相反,研究团队发现精选的弹性体不仅能保持半导体聚合物(semiconducting polymer)的导电性,还能形成独特的"弹性体包裹纳米纤维"结构:均匀分布的纳米纤维被弹性体分子像"智能绷带"般缠绕,同时实现重n型掺杂(heavy n-doping)。这种精妙结构产生双重增益:既像高速公路般提升电荷迁移率(electrical conductivity),又像隔热棉般降低热传导(thermal conductivity)。

这项突破为可穿戴热电发电机(TEGs)带来全新可能:未来智能手环能像第二层皮肤般贴合手腕,通过体温差持续为健康监测传感器供电;仿生电子皮肤可随肌肉伸缩,实时将体热转化为生物电信号。更令人振奋的是,该技术为开发个性化温控服装(personal thermoregulators)和柔性生物电子器件(soft bioelectronics)提供了关键材料基础。

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