在智能可穿戴设备迅速普及的当下，如何为其提供轻便、环保且持久的能源，成为全球科技界关注的重点。柔性热电材料因能将人体热量或环境废热直接转化为电能，被视为解决这一难题的关键技术。然而，受限于材料性能，传统柔性热电材料的转换效率较低，难以满足智能穿戴设备的实际需求。
近日，上海应用技术大学材料技术学部传来突破性进展：2023级博士生秦杰在导师柯勤飞教授与杜永教授的指导下，通过溶液3D打印技术成功制备出聚合物包覆的硒化银基柔性热电薄膜。该材料在400K温度下功率因子达到2191.5μWm⁻¹K⁻²，刷新了3D打印制备柔性有机/无机复合热电薄膜的性能纪录，为智能穿戴设备的能源供应提供了全新解决方案。
这一突破的核心在于对材料微观结构的精准调控。研究团队通过协同优化异质界面、孔隙、晶界与位错，实现了Seebeck系数与电导率的同步提升，同时有效降低了热导率。“就像给材料‘精细调音’，让热电转换能力得到质的飞跃。”秦杰形象地比喻道。更令人瞩目的是材料的柔韧性：经过1000次反复弯折后，其功率因子仍保持93%以上，完美适配智能穿戴设备贴肤、弯曲的使用场景。
在制备工艺上，团队创新采用溶液3D打印技术，实现了“材料-器件”的一体化制备。传统工艺需要经过剪切、焊接、封装等多道复杂步骤，而3D打印技术通过一体化成型，大幅提升了生产效率并降低了成本。“这为柔性热电材料的规模化制造与产业化推广开辟了全新路径。”杜永教授指出。
跨学科融合是这一突破的关键。柯勤飞教授在高分子聚合物设计领域的深厚积累，为材料的柔性与稳定性提供了重要指导；杜永教授在热电材料与器件制备方面的专长，则确保了能量转换性能的优化。“我们将高分子材料的柔韧优势与热电材料的转换能力相结合，打破了单一学科的研究局限。”柯勤飞教授强调，这种学科交叉不仅推动了技术创新，更为培养复合型科研人才提供了实践平台。
目前，这项技术已在多个场景中展现出应用潜力。将柔性热电器件贴附于皮肤表面，可持续将人体热量转化为电能；团队研发的智能口罩通过检测呼吸温差信号，能实时监测呼吸频率与规律，为哮喘等呼吸道疾病的日常管理提供新思路。杜永教授表示：“这些不仅是实验室里的样品，更是有望解决生活难题的产品雏形。”
立足上海应用技术大学“依产业而兴、托科技而强”的办学理念，研究团队正探索将热电材料与香料香精学科结合，开发“功能性芳香新材料”。柯勤飞教授透露，未来可能在热电材料中融入天然植物香氛，实现“情绪香氛”等多元功能，让智能材料兼具实用性与情感价值。
据悉，这项研究成果已发表于国际顶级期刊《Nature Communications》（2025, 16, 8497），论文第一作者为秦杰，通讯作者为杜永教授、柯勤飞教授及澳大利亚南昆士兰大学洪敏教授。“科研并非遥不可及，而是能解决日常烦恼、让生活更美好的‘魔法’。”秦杰表示，未来将继续深耕柔性热电材料领域，努力产出更多具有原创性和应用价值的成果。
