近年来，随着可穿戴电子器件与生物电子器件的快速发展，如何为柔性可穿戴系统提供兼具高效率、可持续性且高适形性的供能解决方案，成为制约该领域发展的重要技术瓶颈之一。热电器件能够将温差转化为电能，被视为实现可穿戴器件自供电系统的理想候选方案之一。此外，热电器件可通过通电实现制冷，对可穿戴制冷具有重要意义。传统无机热电材料（如Bi₂Te₃、PbTe等）因其优异的热电性能被广泛应用，但其本征脆性与不可拉伸性，使其难以适配柔性可穿戴设备的动态形变需求。尽管有机热电材料具有较好的柔性，但仍面临拉伸后无法回弹，性能衰减、块体材料模量高无法与皮肤共形接触等问题，难以保证在人体运动场景下的持续稳定发电或制冷。因此，开发兼具高效能量转换、持续供能能力和完美适形性的可穿戴热电系统，已成为热电领域亟待突破的重要挑战。

针对上述问题，雷霆团队开发出兼具高热电优值（ZT值）、高拉伸回弹性、低模量的热电弹性体，即“热电橡胶”材料（图1），突破了热电材料“力-电-热”性能难以兼顾的难题，有望实现人体热能的高效捕获与转化，为可穿戴设备的持续自供能和固态制冷开辟了新路径。相关成果以“N型热电弹性体（N-type thermoelectric elastomers）”为题发表于《自然（Nature）》杂志。

图1 N型热电弹性体的构筑策略

三项创新，突破“力-电-热”性能互斥瓶颈

为了实现“热电橡胶”材料，雷霆团队提出了均匀纳米相分离、热激活交联和定向掺杂三项关键策略：（1）纳米相分离调控：通过使用汉森溶解度参数筛选与共轭高分子匹配的橡胶材料，构建体相均匀分布的半导体高分子纳米纤维网络，可显著提升半导体高分子载流子迁移率（图2a-c）；（2）热激活交联策略：通过引入偶氮类交联剂，降低体系模量并将两类高分子交联，可使材料获得>850%的超高延展性，并在150%应变下保持90%以上的弹性回复率，媲美传统橡胶（图2d-e）；（3）定向掺杂策略：通过筛选合适的掺杂剂，实现半导体纳米纤维定向掺杂，提高了掺杂效率，同步提升了电导率和塞贝克系数，并呈现出独特的应变电导率提升特性。

研究发现，以上策略不仅提升了材料力学性能，也大幅提升了热电性能。热电性能提升源于两个方面：一方面纳米相分离结构提升了载流子迁移率，从而提高了电导率和塞贝克系数；另一方面，传统橡胶对共轭高分子的包裹增强了界面传播子散射，降低了材料整体的热导率。最终材料在室温（300 K）条件下，热电优值（ZT值）达到了0.49，接近甚至超越现有柔性和塑性无机热电材料的性能（图2f-g）。

图2. (a-c) 共轭聚合物N1和绝缘弹性体(a)SEBS，(b)PDMS，(c)PU共混后体相纳米相分离形貌；(d) 基于共轭聚合物N1的热电弹性体材料拉伸-回复能力展示；(e) 共轭聚合物N1以及基于N1的热电弹性体在不同应变下的拉伸-循环性能（嵌入图为热电弹性体应力-应变曲线）；(f) 热电弹性体和文献报道的N型有机热电材料的功率因子对比；(g) 热电弹性体和文献报道的柔性/塑性热电材料的ZT值对比。

弹性材料集成，实现首个弹性热电模块

图3. (a) 贴附于人体皮肤上的面外π型弹性热电发电模块；(b) 通过有限元模拟分析弹性热电发电机贴附于人体手肘时的应变；(c) 面外π型弹性热电发电机利用人体皮肤和环境的温差产生持续的电压。

这项研究成果标志着可穿戴能量采集技术的重要进展，通过创新性地高效利用人体热能，为解决柔性电子持续供能难题提供了新方案，同时推动柔性能源采集技术进入"高效率-高适形性"协同发展的新阶段。

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