热电材料能够将环境中的热能转化为电能，在可穿戴、便携式、植入式电子产品领域有广阔的应用前景。但传统的热电材料本身固有的刚性、高成本、加工性差等缺点，严重阻碍了其实际应用。近年来，有机热电材料由于其灵活性和兼容性，在可穿戴智能电子设备、功能性人工皮肤和软机器人等方面的应用研究增多。可穿戴器件等在器件与人体组织界面舒适性及机械自由度等方面的高要求，对热电材料的可拉伸性提出了更高的要求。

  近日，东华大学覃小红教授、王黎明研究员和深圳大学陈光明教授等人在《Advanced Functional Materials》发表了题为“Stretchable thermoelectrics: strategies, performances and applications”的综述文章。此篇综述就可拉伸热电材料和器件在材料和结构方面的设计、性能、应用和未来挑战等方面进行了系统的论述和展望，对未来自供电可穿戴电子器件的研究提供了方向。文章第一作者是东华大学纺织学院博士生郝云娜。

可拉伸热电材料与器件的设计方法

1. 通过材料复合制备可拉伸热电材料及器件

  近十年来，有机热电材料因其柔韧性和一定的可拉伸性而引起了研究者的关注。因此，通过材料组成设计寻求和发展可拉伸热电材料主要集中在有机热电材料及其复合材料上，并从分子结构、材料混合和附加衬底三个方面系统地总结了三种可拉伸热电材料的制备方法。

2. 通过结构设计制备可拉伸热电材料及器件

  除了材料复合设计，器件的结构设计也是一种有效的方法。即使是刚性无机热电材料也能通过结构设计实现可拉伸性能。结合宏观和微观尺度上的结构变化，将通过应变设计来提高拉伸性能的各种结构设计分为折纸结构、皱折结构、螺旋结构、纺织品集成结构和岛桥结构。结构设计避免了可拉伸热电材料复杂的设计，有利于可拉伸热电器件的规模化制造。

3. 可拉伸热电系统的集成与应用

  近年来，基于热电的自供电传感器因其成本低、制造工艺简单、热源便利等优点而受到广泛关注。它们在可穿戴电子产品、电子皮肤、柔性机器人以及一些监控温度、运动和生理活动的场景中显示出巨大的潜力。目前对热电自供能传感器的研究不仅实现了对不同应变、方向、角度的识别，在多参数传感器的功能实现和参数解耦也达到了一定的水平。

可拉伸热电系统的集成与传感应用

4. 未来展望

  随着重点研究的深入，高弹性热电电子学将更适合于穿戴等应用领域并取得巨大突破，同时，可拉伸热电材料仍然面临挑战。

  （1）对于分子结构工程和弹性体共混的方法，复杂的材料体系使其难以规模化生产，对人体的安全性存在不确定性；在弹性体的加持下，热电材料很难具有透气性、超薄性和柔软性；复杂的工艺和结构改变阻碍了其舒适性、透气性、生物组织的一致性以及与纺织品的结合。

  （2）基于热电的自供电应变传感器的灵敏度有待提高，以实现更精确的监测。同时，对传感器的3D立体识别要求也越来越高。

  （3）在可穿戴的热电器件中，对连续的热电压输出要求较高。同时，在恶劣条件下的稳定热电性能也需要进一步强调和研究。

  （4）开发更多的扩展功能，如制冷是另一个潜在的挑战。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202109790