高功率因子的Ag2Se/Ag/尼龍柔性可穿戴熱電器件
第一作者：吳文航
通訊作者：溫錦秀、羅堅義
背景介紹及內容概述
柔性熱電發電器件因其可直接將熱能轉化為電能的獨特魅力，在可穿戴電子設備領域受到了廣泛的關注。在室溫環境下使用的傳統熱電材料多為碲化鉍基，但其剛性和碲元素的毒性不適用于可穿戴領域。近年來，研究發現硒化銀（Ag2Se）材料因具有媲美碲化鉍基材料的熱電性能，同時與柔性的尼龍基底結合具有良好的力學性能，獲得的柔性的硒化銀/尼龍復合薄膜被視為具有潛在應用前景的室溫柔性熱電材料，可推廣在可穿戴領域使用。
近日，五邑大學柔性傳感材料與器件研究開發中心溫錦秀副教授和羅堅義教授課題組報道了一款高功率因子的Ag2Se/Ag/尼龍復合柔性熱電器件。該工作采用濕化學法制備Ag2Se納米線，并在制備過程中通過優化AgNO3與Se的比例，以及采用不同還原劑，合成不同尺寸銀摻雜Ag2Se納米材料。通過真空輔助過濾與冷壓和熱壓相結合的成膜工藝制備Ag2Se/Ag尼龍復合柔性熱電薄膜。進一步通過串聯多腿熱電薄膜制作成可穿戴熱電器件，并研究其利用人體溫差發電和不同環境下輸出熱電特性應用研究。
本工作以“High Power Factor of Ag2Se/Ag/Nylon Composite Films for Wearable Thermoelectric Devices”為題已發表在Nanomaterials期刊上。
論文具體工作內容
圖1 不同還原劑制備Ag2Se/Ag粉末的物相、形貌表征及其對應的熱電性能測試。（a）不同方法銀摻雜硒化銀粉末XRD圖：S1和S2樣品是采用乙二醇作純還原劑，n（AgNO3）/n（Se）為2:1和4:1，S3和S4樣品是添加L-抗壞血酸（AA）輔助還原劑，n（AgNO3）/n（Se）為4:1；（b）對應圖（a）S1-S4樣品的SEM圖；（c）對應圖（a）S1-S4樣品制備的熱電復合薄膜熱電性能測試。
圖2 彎曲穩定性測試。（a）樣品S2制備的Ag2Se/尼龍復合薄膜彎曲2000次后電導率保持11.5 %，（b）樣品S3制備的Ag2Se/Ag/尼龍復合薄膜彎曲2000次后電導率保持89.4 %。
圖3 Ag2Se/Ag/尼龍復合薄膜制備的7腿熱電器件的輸出性能。（a）開路電壓與溫差之間的關系（插圖是7腿熱電器件照片），（b）在?T 為10 K和30 K時的輸出電壓和功率與電流之間的關系。（c）由手臂和環境之間的?T 產生的6.6 mV電壓圖（插圖是23條腿熱電器件相應的紅外熱圖像），（d）在燒杯的上（冷）表面和下（熱）表面之間產生的18 mV電壓的照片（插圖是對應的紅外熱圖像）。
總結與展望
本文制備的Ag2Se/Ag/尼龍復合薄膜在室溫下獲得了2277.3 μW?m?1 K?2 的功率因子，ZT 約為0.71。而且Ag2Se/Ag/尼龍復合熱電薄膜彎曲2000次后電導率仍能保持89.4%。通過串聯23腿熱電薄膜制作成可穿戴熱電器件，在30 K的溫差下產生的電壓為19 mV，最大功率為3.48 μW（對應的功率密度為35.5 W m?2）。這項工作提供了一種優化熱電薄膜的制備方法，為設計改進的柔性熱電器件提供了一條潛在的途徑。
作者及團隊介紹
第一作者：吳文航，男，五邑大學應用物理與材料學院2023屆碩士研究生。
通訊作者：溫錦秀，女，理學博士，副教授，碩士生導師，現任五邑大學應用物理與材料學院光電專業負責人，主要研究方向為：柔性傳感材料和器件及其應用研究，以第一作者身份在ACS Nano，Nano Letters，Small等重要國際期刊發表論文多篇，申請發明專利20項，授權專利10多項。主持項目國家自然科學基金（青年科學基金）1項，廣東省基礎與應用基礎研究基金項目（青年基金項目）1項，五邑大學港澳聯合研發基金1項。作為指導老師指導學生參加全國大學生光電設計競賽、全國大學生物理實驗競賽、廣東省“挑戰杯”、廣東省“攀登計劃”等獲獎多項。
通訊作者：羅堅義，男，工學博士，教授，博士生導師，現任五邑大學應用物理與材料學院院長，五邑大學柔性傳感材料與器件研究開發中心主任（創始人），廣東省杰出青年基金獲得者，國家重點研發計劃智能傳感重點專項會評專家，南粵優秀教師, 江門市首屆 “僑鄉青年榜樣”，江門市優秀科技工作者，江門市十佳教師。主要研究領域包括：柔性傳感材料與器件應用（柔性觸覺傳感、溫度傳感、氣壓傳感和彎曲傳感等）；納米功能材料合成；智能調光變色材料與器件。
附文獻及DOI號：
High Power Factor of Ag2Se/Ag/Nylon Composite Films for Wearable Thermoelectric Devices.
DOI：10.3390/nano12234238
