高功率因子的Ag2Se/Ag/尼龙柔性可穿戴热电器件
第一作者：吴文航
通讯作者：温锦秀、罗坚义
背景介绍及内容概述
柔性热电发电器件因其可直接将热能转化为电能的独特魅力，在可穿戴电子设备领域受到了广泛的关注。在室温环境下使用的传统热电材料多为碲化铋基，但其刚性和碲元素的毒性不适用于可穿戴领域。近年来，研究发现硒化银（Ag2Se）材料因具有媲美碲化铋基材料的热电性能，同时与柔性的尼龙基底结合具有良好的力学性能，获得的柔性的硒化银/尼龙复合薄膜被视为具有潜在应用前景的室温柔性热电材料，可推广在可穿戴领域使用。
近日，五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心温锦秀副教授和罗坚义教授课题组报道了一款高功率因子的Ag2Se/Ag/尼龙复合柔性热电器件。该工作采用湿化学法制备Ag2Se纳米线，并在制备过程中通过优化AgNO3与Se的比例，以及采用不同还原剂，合成不同尺寸银掺杂Ag2Se纳米材料。通过真空辅助过滤与冷压和热压相结合的成膜工艺制备Ag2Se/Ag尼龙复合柔性热电薄膜。进一步通过串联多腿热电薄膜制作成可穿戴热电器件，并研究其利用人体温差发电和不同环境下输出热电特性应用研究。
本工作以“High Power Factor of Ag2Se/Ag/Nylon Composite Films for Wearable Thermoelectric Devices”为题已发表在Nanomaterials期刊上。
论文具体工作内容
图1 不同还原剂制备Ag2Se/Ag粉末的物相、形貌表征及其对应的热电性能测试。（a）不同方法银掺杂硒化银粉末XRD图：S1和S2样品是采用乙二醇作纯还原剂，n（AgNO3）/n（Se）为2:1和4:1，S3和S4样品是添加L-抗坏血酸（AA）辅助还原剂，n（AgNO3）/n（Se）为4:1；（b）对应图（a）S1-S4样品的SEM图；（c）对应图（a）S1-S4样品制备的热电复合薄膜热电性能测试。
图2 弯曲稳定性测试。（a）样品S2制备的Ag2Se/尼龙复合薄膜弯曲2000次后电导率保持11.5 %，（b）样品S3制备的Ag2Se/Ag/尼龙复合薄膜弯曲2000次后电导率保持89.4 %。
图3 Ag2Se/Ag/尼龙复合薄膜制备的7腿热电器件的输出性能。（a）开路电压与温差之间的关系（插图是7腿热电器件照片），（b）在∆T 为10 K和30 K时的输出电压和功率与电流之间的关系。（c）由手臂和环境之间的∆T 产生的6.6 mV电压图（插图是23条腿热电器件相应的红外热图像），（d）在烧杯的上（冷）表面和下（热）表面之间产生的18 mV电压的照片（插图是对应的红外热图像）。
总结与展望
本文制备的Ag2Se/Ag/尼龙复合薄膜在室温下获得了2277.3 μW∙m−1 K−2 的功率因子，ZT 约为0.71。而且Ag2Se/Ag/尼龙复合热电薄膜弯曲2000次后电导率仍能保持89.4%。通过串联23腿热电薄膜制作成可穿戴热电器件，在30 K的温差下产生的电压为19 mV，最大功率为3.48 μW（对应的功率密度为35.5 W m−2）。这项工作提供了一种优化热电薄膜的制备方法，为设计改进的柔性热电器件提供了一条潜在的途径。
作者及团队介绍
第一作者：吴文航，男，五邑大学应用物理与材料学院2023届硕士研究生。
通讯作者：温锦秀，女，理学博士，副教授，硕士生导师，现任五邑大学应用物理与材料学院光电专业负责人，主要研究方向为：柔性传感材料和器件及其应用研究，以第一作者身份在ACS Nano，Nano Letters，Small等重要国际期刊发表论文多篇，申请发明专利20项，授权专利10多项。主持项目国家自然科学基金（青年科学基金）1项，广东省基础与应用基础研究基金项目（青年基金项目）1项，五邑大学港澳联合研发基金1项。作为指导老师指导学生参加全国大学生光电设计竞赛、全国大学生物理实验竞赛、广东省“挑战杯”、广东省“攀登计划”等获奖多项。
通讯作者：罗坚义，男，工学博士，教授，博士生导师，现任五邑大学应用物理与材料学院院长，五邑大学柔性传感材料与器件研究开发中心主任（创始人），广东省杰出青年基金获得者，国家重点研发计划智能传感重点专项会评专家，南粤优秀教师, 江门市首届 “侨乡青年榜样”，江门市优秀科技工作者，江门市十佳教师。主要研究领域包括：柔性传感材料与器件应用（柔性触觉传感、温度传感、气压传感和弯曲传感等）；纳米功能材料合成；智能调光变色材料与器件。
附文献及DOI号：
High Power Factor of Ag2Se/Ag/Nylon Composite Films for Wearable Thermoelectric Devices.
DOI：10.3390/nano12234238
