热电转换效应具有将热能直接转换为电能的特性，相对于其他类型能量转换技术，柔性热电器件可实现无移动部件的便携式全天候工作，为多数物联网用可穿戴电子设备的持续供电提供了新型技术支持。由热电纱线（TEF）编织成的三维热电织物（TET）具有面内能量转换、动态曲面变形和穿戴舒适等独特优势。然而，采用金属电极连接p型与n型段会因所产生的大接触电阻而造成低输出性能。研究人员倾向于直接纺制连续交替的p-n分段式热电纱线（p-n segmented TEF），但因绝缘物质的加入而破坏了导电连接并损失热电性能。目前，通过传统纺丝工艺自动连续地规模化制备具有高热电性能和可织造性良好的交替p-n segmented TEF的方法仍旧缺乏。

  近期，东华大学张坤教授S.M.A.R.T.团队开发了一种可自动化规模制备的具有高热电性能的交替p-n segmented TEF的方法，具体为采用湿法纺丝方式连续地将p型段与n型段通过一个Y型针头周期性地交替挤出在丙酮中凝固成丝。该p-n segmented TEF展现出了高热电性能及良好的机械强力，且p与n段和内电极间的接触电阻远低于所报道的相似研究。通过传统刺绣工艺，该p-n segmented TEF被成功编织入间隔织物，所制备的三维TET具有高柔性和良好的热电输出性能，展现出优异的动态曲面变形特点，有望为一系列可穿戴电子产品供电。相关工作以“Direct Wet-Spun Single-Walled Carbon Nanotubes-Based p-n Segmented Filaments toward Wearable Thermoelectric Textiles”为题，在美国化学学会（ACS）杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》发表。

图一 交替湿纺p-n segmented TEF的过程示意图

  首先，作者通过调节p型热电材料SWCNTs的n型掺杂剂polyethyleneimine（PEI）的浓度，确定了10 wt% PEI掺杂可获得最优n型热电特性。随后交替湿纺p-n segmented TEF，并通过能谱分析表征其p-内电极（interelectrode）-n各段的氮元素（PEI的特征元素）含量和测试各段热电特性，确定了p-interelectrode-n在segmented TEF内的周期性排布。并且所具有的机械强力103.80 MPa可支持后续应用研究。 

图二 p-n segmented TEF的实物图、扫描电镜与能谱分析图及热电特性与机械强力

图三 segmented TEF中p-interelectrode-n的能带结构、界面势垒分析及p、n段与银胶电极连接所形成的接触电阻对比

  基于p-n segmented TEF优异的机械性能和良好的周期性热电性能，研究人员将p-n segmented TEF以刺绣工艺穿入间隔织物制备了三维TET，该TET展现出良好的输出性能及优异的柔性和动态曲面变形能力，具有为一系列可穿戴电子器件供电的前景。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c12798