《Science》邀请评述:柔性热电材料赋能智能可穿戴设备

智能可穿戴材料是前瞻性、颠覆性、智能化的新型材料,能够支撑人工智能、航空航天、脑科学等战略新型产业的发展。为对接国际学术前沿及国家重大需求,纤维材料改性国家重点实验室(东华大学)立足“功能与智能纤维材料”研究特色,系统开展了“低维功能材料、智能可穿戴材料及器件、智能服装系统”的基础与应用研究。该方向的迅速发展也依赖多领域的学科交叉,国内外诸多材料、信息、生物等领域研究团队在近期相继报道了重要进展。

8月18日,纤维材料改性国家重点实验室(东华大学)侯成义研究员、朱美芳院士受《Science》邀请在PERSPECTIVE专栏发表文章(Science 2022, 377, 815),评述了中国科学院上海硅酸盐研究所仇鹏飞研究员、史迅研究员、陈立东研究员等人同期发表的柔性热电材料重要成果(Science 2022, 377, 854),展望了其在智能可穿戴应用等方面的优势。



柔性热电材料能够利用人体与环境的温差将热能转换为电能,有望满足智能可穿戴设备对持续供电的迫切需求。但是热电材料通常难同时具备高的柔性和热电性能,严重制约了其在可穿戴领域的应用。中国科学院上海硅酸盐研究所团队研制出一系列n型与p型无机塑性热电材料,基于这些新型热电材料的超薄热电器件不仅表现出优异的可弯折性,其热-电转换输出功率密度突破了已知记录,将柔性热电材料与器件的性能提升到新的高度,为随身绿色能源、废热利用等领域做出了重要贡献。

面向智能可穿戴应用,评述文章基于该创新成果进一步展望了实现柔性热电材料与器件穿戴稳定性与舒适性的关键技术:对材料或结构进行弹性设计有望提高穿戴时动态弯折/拉伸下的力/电稳定性;将热电薄膜与调光、辐射冷却等柔性温度管理材料进行一体化集成有望增大人体与环境温差,从而进一步提升皮肤表面热-电转换输出功率;基于新型无机塑性热电材料优异的可加工性,有望开发出颠覆性的高性能柔性无机热电纤维与织物,实现透气透湿高舒适性的可穿戴能量供给。

该领域的一系列突破进展加速推动了智能可穿戴设备的实际应用,结合柔性电子纤维化的发展趋势,作者期望不久的将来智能可穿戴设备完成从“佩戴”到“穿着”的升级,将会365天24小时不间断更紧密地为人类服务。