中評社北京8月18日電／據光明日報報導，當我們為智能手表頻繁充電而煩惱，期待柔性電子設備貼身服務卻擔憂能量續航時，一項來自北京大學的科研成果帶來了突破——材料科學與工程學院雷霆教授團隊研發出全球首個兼具柔韌與高效發電能力的“熱電橡膠”材料。這項突破直指可穿戴設備持續供能這一世界性難題，為智能手表、健康監測器件等設備裝上自給自足的“心臟”鋪平了道路。相關成果日前發表於國際學術期刊《自然》。
長久以來，科學家們一直在尋找能為柔性可穿戴設備高效供能的理想方案。雷霆告訴記者，熱電器件能將無處不在的溫差轉化為電能，還能通過通電實現制冷，看似完美，卻深陷“剛柔難調”的瓶頸。傳統無機熱電材料性能雖優，卻如同玻璃般脆硬，難以適應人體運動時的彎曲拉伸；而有機材料雖有較好的柔韌性，但常常在拉伸後無法回彈、性能衰減，且模量偏高，難以與皮膚完美貼合。“因此，一直以來，高效能量轉換、持續穩定供能與完美適形性，這三大目標如同難以逾越的高峰，成為制約可穿戴技術發展的關鍵瓶頸。”
面對這一挑戰，研究團隊以三項創新科研策略，突破了材料“力—電—熱”性能難以協同優化的世界級難題。他們首先利用漢森溶解度參數精心篩選，讓剛性的半導體高分子與柔性橡膠在微觀層面均勻融合，形成遍布材料內部的納米纖維網絡，這既奠定了橡膠柔韌的骨架，又為電流鋪設了高效穿梭的通道。
“緊接著，我們創新性引入偶氮類交聯劑，如同為材料植入了強大的‘記憶基因’。經此處理，材料獲得了驚人的延展性，可拉伸超過原長的850%，且在經歷高達150%的拉伸後，能像記憶海綿般恢復90%以上的原狀，足以媲美天然橡膠。最後，我們巧妙篩選特殊摻雜劑作為‘性能催化劑’，精準作用於半導體納米纖維，大幅提升了摻雜效率。更神奇的是，這種材料在拉伸時電導率不降反升，為柔性應用帶來了意想不到的優勢。”論文共同第一作者劉凱介紹，這三項策略合力催生的“熱電橡膠”，不僅柔韌超群，其核心的熱電轉換效率更實現了質的飛躍——室溫下的熱電優值達到了令人矚目的0.49，這一性能接近甚至超越現有的柔性和塑性無機材料。 |
