随着人工智能电子设备、智能建筑系统和自主安全平台的快速发展，对连续、柔性且耐应变电源的需求日益迫切，使得热电发电机（TEG）成为一种极具吸引力的解决方案。TEG能够从各种热源中收集热能并直接转化为电能，为可穿戴和医疗健康设备供能。然而，传统的TEG通常采用无机热电材料制备，这类材料因刚性晶体结构和强原子键合而脆性高。为提高柔性，通常将其制成薄膜，但力学顺应性仍受限。此外，人体等真实热源存在垂直温度梯度，与平面器件结构不匹配，导致能量收集效率低。尽管银硫族化物（如Ag2Se）具有本征柔性，但现有基于薄膜的TEG结构在利用垂直梯度、机械耐久性和规模化制备方面仍存在权衡难题。
为解决上述问题，研究团队提出了一种基于棉纱的柔性TEG新策略。该设计以棉纱为结构基底，通过溶液法涂覆Ag2Se热电层，结合三维垂直架构，有效利用体表到环境的温度梯度。Ag2Se的选择得益于其高延展性和优良热电性能；棉纱则提供大比表面积、低热导率的纤维间气隙和固有柔性。溶液工艺避免了高温处理，保持棉纱完整性，利于规模化制备。
研究通过三步法制备Ag2Se涂层纱线：首先通过化学还原在棉纱表面成核银纳米颗粒（Ag NPs），再经银镜反应沉积连续银层，最后通过硒化反应转化为Ag2Se。扫描电子显微镜（SEM）显示，原始棉纱纤维直径5–15 μm，沉积银后形成10–60 nm颗粒覆盖的连续层，硒化后转变为400–700 nm的多晶颗粒，涂层厚度3.0–4.1 μm。X射线衍射（XRD）证实涂层以正交相Ag2Se为主，含少量未转化银。X射线光电子能谱（XPS）显示Ag 3d和Se 3d特征峰，高分辨透射电镜（HRTEM）呈现清晰晶界，表明涂层结晶良好且与棉纱基底通过化学根植形成强粘附。
关键实验技术包括：扫描电子显微镜（SEM）用于形貌表征，X射线衍射（XRD）分析晶体结构，X射线光电子能谱（XPS）检测化学态，热电性能测试系统测量Seebeck系数、电导率和热导率，热重分析（TGA）确定无机含量，电感耦合等离子体光学发射光谱（ICP-OES）分析元素比例，弯曲测试仪评估机械耐久性，红外热像仪监测温度分布。
2.1 Ag2Se涂层纱线的制备与表征
通过Ag NPs成核、银镜反应和硒化三步法，在棉纱表面形成均匀Ag2Se涂层。SEM显示硒化后银颗粒转变为多晶颗粒，涂层连续且厚度可控。XRD和XPS证实物相和化学态符合Ag2Se特征，HRTEM显示涂层结晶性良好。
2.2 工艺参数优化与热电性能
硒化时间是关键参数。随着时间从30分钟增至90分钟，Seebeck系数从-42.5 μV K-1升至-126.7 μV K-1，电导率从15.40×104S m-1降至2.67×104S m-1，热导率从1.467 W m-1K-1降至0.640 W m-1K-1。75分钟时获得最佳平衡，功率因子（S2σ）达754.2 μW m-1K-2，zT为0.343（295 K）。少量残留银有助于维持高电导而不显著牺牲Seebeck系数。
2.3 热电发电机的制备与性能
将Ag涂层纱线缠绕于聚二甲基硅氧烷（PDMS）支架，部分硒化形成交替Ag（p型/电极）和Ag2Se（n型）段，构建垂直结构TEG。在ΔT=5 K时，75分钟硒化样品输出功率最高（1.109 μW）。在控制温差下（3.8–15.3 K），输出功率从0.544 μW升至7.258 μW，内阻稳定（106–113 Ω）。弯曲测试（曲率半径6 mm，5000次循环）中，归一化电阻（R/R0）始终接近1.0，末期略降至0.94，表明接触改善而非退化。佩戴测试中，静止状态（ΔT=2.8 K）输出0.326 μW，行走时（ΔT=4.4 K）因对流冷却增强，功率提升85%至0.604 μW。热模型分析显示对流换热系数从静止态4.8 W m-2K-1升至行走态40.5 W m-2K-1，证实运动可增大有效温差。
本研究成功开发了基于Ag2Se涂层棉纱的无机纱线TEG，通过三维垂直结构有效利用体表温差。材料优化后zT达0.343，器件在机械变形下稳定性优异，实际佩戴中运动状态功率提升显著。该工作为高性能无机热电材料在可穿戴能量收集系统中的柔性集成和规模化制备提供了实用平台，推动自供能电子设备发展。论文发表于《Advanced Fiber Materials》。
