哈工大张倩、毛俊教授团队成功开发出纯无机热电气凝胶
文章导读
当你的智能手表、健康监测手环因频繁充电而沦为“电子垃圾”，你是否意识到，真正限制可穿戴设备发展的，并非电池技术，而是传统热电材料那沉重且僵硬的物理缺陷？哈工大团队这次没有选择修补旧路，而是直接颠覆了行业长期依赖有机材料的认知惯性。他们利用一种极罕见的纯无机策略，制造出了密度仅为0.04g/cm³的超轻气凝胶，却意外实现了比肩甚至超越现有方案的能量转化效率。这种看似脆弱的“空气”材料，究竟是如何在保持极致柔性的同时，彻底解决自供能难题的？答案或许比你想象的更反直觉。
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（阚思邈 王晓东/文 张倩 王晓东/图）近日，深圳校区前沿学部张倩、毛俊、曹峰教授团队在热电材料领域取得重要突破，首次成功开发出纯无机热电气凝胶。相关成果以《可用于能量收集的高性能电子型柔性无机热电气凝胶》（High-Performance n-Type Flexible Inorganic Thermoelectric Aerogel for Energy Harvesting）为题发表于《科学进展》（Science Advances），为可穿戴电子器件的轻量化自供能技术提供了新思路。
随着智能可穿戴设备的迅猛发展，如何实现持续、轻便且高效的能量供给已成为学术界与产业界共同关注的核心问题。热电材料能够直接将人体或环境中的热能转化为电能，具有无运动部件、稳定可靠等优势，但传统无机热电材料普遍存在密度大、柔韧性不足、佩戴舒适性差等局限，难以满足可穿戴设备对柔性、贴合性与高效能量收集的综合需求。针对这一挑战，张倩、毛俊、曹峰教授团队联合深圳校区李明雨教授团队，创新性地提出了“分步合成”策略，以银（Ag）气凝胶为前驱体，通过精确调控硒化反应过程，首次成功构建了基于硒化银（Ag2Se）纳米线的纯无机三维网络热电气凝胶，为自供电可穿戴设备提供了全新解决方案。
研究团队制备出高孔隙率（95%–99%）和超低密度（0.04–0.54 g cm−3）的硒化银热电气凝胶。该材料展现出优异的热电性能，室温热电优值（zT）达0.17，在383开尔文（K）时为0.24，最低热导率仅为每米每开尔文0.03瓦特，具备卓越的隔热能力。研究团队进一步采用聚酰亚胺（PI）进行封装，在硒化银表面包覆纳米级聚酰亚胺薄层，大幅提升了材料的力学性能。
Ag2Se纳米线气凝胶的制备及性能优化：（a）Ag2Se纳米线气凝胶的制备流程示意图；（b）超轻Ag2Se纳米线气凝胶照片；（c）Ag2Se纳米线气凝胶的SEM形貌图。与文献报道的有机基和碳基气凝胶热电材料对比：（d）室温zT值柱状图；（e）Ag2Se纳米线气凝胶的塞贝克系数绝对值（|S|）与室温电导率（σ）关系；（f）Ag2Se@PI纳米线气凝胶的示意图。插图为透射电子显微镜图（标尺50纳米）。
该研究成功制备出兼具高热电性能和良好机械柔性的无机热电气凝胶材料，突破了该领域长期依赖有机或碳基材料的局限，所提出的“分步合成”策略为设计其他高性能无机柔性热电材料提供了普适性方法，不仅推动了热电材料向超轻、柔性化方向发展，更为下一代自供能可穿戴电子、软体机器人及仿生皮肤等前沿领域提供了关键材料基础与创新思路。
哈工大深圳校区为论文第一完成单位。深圳校区王晓东助理研究员为论文第一作者，祝温泊副教授为共同第一作者，张倩教授、李明雨教授、毛俊教授与曹峰教授为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市自然科学基金、特殊环境材料器件科学与应用研究装置等项目的支持。
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