中国科学院工程热物理研究所张挺研究员团队：基于热拉技术的柔性热电纤维展望

近日，中国科学院工程热物理研究所张挺研究员团队的AMR述评文章“Perspectives of Flexible Thermoelectric Fibers by Thermal Drawing Techniques”在线发布。文章介绍了课题组在基于热拉制技术的柔性无机热电纤维制备、微纳纤维热电性能原位一体表征系统开发及无机热电纤维智能可穿戴应用的研究进展，同时展望了该领域的应用前景与发展方向。

关键词：热电纤维；热拉制技术；热电性能表征；热电织物

01 文章内容简介

可穿戴设备在疾病预防与人体健康监测领域的应用日益广泛，然而其高功耗特性对供电系统提出了严峻挑战。现有便携式储能或发电方案在持续供电能力、微型化、轻量化及低噪化等方面存在局限性。热电材料凭借其独特的热电直接转换特性，为可穿戴设备提供了清洁能源供给新途径，同时兼具固态制冷、温度传感与监测等复合功能。然而，传统高性能无机热电材料存在脆性大、后加工性差、体积庞大、制备工艺复杂及成本高昂等缺点，且难以适配不规则表面热源。本研究团队基于热拉制技术成功制备出兼具优异热电性能与机械柔韧性的无机热电纤维。该纤维材料不仅能够实现人体或不规则热源的废热回收发电，而且对其温度可以精准测量及调控，契合可穿戴设备的核心需求。本文系统总结了本团队在热拉法制备柔性热电纤维性能优化方面的研究进展，并深入探讨了实际应用场景，期望为未来的智能可穿戴系统提供创新性设计方案。

02 AMR：您选择该领域的初心是？

作者团队：

当前人们对生命健康日益重视，可穿戴技术的快速发展与人类健康需求的融合越来越深，对可持续、智能化供电方案的需求也与日俱增。传统能源供给方式在柔性、微型化和环境兼容性上的局限，已成为制约可穿戴设备功能拓展的核心瓶颈。选择热电纤维材料领域源于其独特的热电直接转换特性以及与传统纱线可以混编成柔性可穿戴织物。我们致力于开发兼具高效热电性能和机械柔韧性的新型纤维材料，期望为可穿戴设备提供“自供电、自感知、自调节”的一体化解决方案，满足绿色能源与智能医疗的需求。

03 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

我们期待柔性热电纤维技术能为未来智能可穿戴系统提供重要支持。希望通过纤维化制备方案进一步提升材料热电转换效率与机械柔韧性，实现从实验室到规模化生产的跨越；并构建集成能源采集、体温管理、健康监测等功能的热电织物系统，在医疗监护、运动健康、极端温度作业等领域实现落地，实现智能可穿戴设备的全天候自供能与主动健康干预功能，为未来创造更舒适、可持续的智能化生活。

作者团队简介

张挺，中国科学院工程热物理研究所研究员，博导。中国科学院大学教授，中科南京未来能源研究院新技术中心主任。主要从事高性能热电能量转换材料与器件，微纳热物性测试技术，储氢技术以及基于功能纤维的可穿戴能源和传感器件等方面的研究工作。近年来主持国家及省部级科研项目13项。基于热拉制技术创新性地研发了热电、光电、压电和储能等柔性功能纤维器件，取得了一系列优秀成果，发表论文80余篇，获授权4项国际专利和26项中国专利，获省部级技术发明二等奖1项，编写2部英文专著。担任The Innovation，InfoMat，Research，Carbon Neutrality，Advanced Fiber Materials，Materials Lab等学术期刊编委/青年编委，中国真空学会薄膜专业委员会委员，中国指挥与控制学会科技创新工作委员会副主任委员，中国材料研究学会热电材料及应用分会理事等。

张鹏宇，于2023年9月在中国科学院工程热物理研究所攻读博士学位，师从张挺研究员。主要研究方向是热电功能纤维。

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Perspectives of Flexible Thermoelectric Fibers by Thermal Drawing Techniques

Pengyu Zhang and Ting Zhang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00343

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