图 N型热电橡胶的构筑策略
在国家自然科学基金项目（批准号：T2425010, 52303216, 52403219, T2441002）等资助下，北京大学雷霆教授团队与合作者提出“热电橡胶”概念及设计策略，该研究为解决热电材料领域“力-电-热性能难以兼顾”这一难题提出了新的思路。相关研究成果以《N型热电弹性体》（N-type thermoelectric elastomers）”为题，于2025年8月13日登上《自然》（Nature）期刊（论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09387-z）。
在可穿戴电子与生物电子技术快速发展的当下，开发兼具高效能量转换、持续供能能力和完美适形性的柔性可穿戴供能系统，已成为制约行业发展的关键瓶颈。传统无机热电材料虽具有优异的温差发电性能，但其本征脆性和零拉伸性导致两大根本局限：（1）无法适应人体曲面动态变形；（2）在反复形变中易发生性能衰减。
针对上述挑战，雷霆教授团队首次提出“热电弹性体”或“热电橡胶”概念，通过三大创新策略实现性能突破：（1）纳米相分离调控：构建均匀分布的半导体高分子纳米纤维网络，可以显著提升半导体高分子载流子迁移率；（2）热激活交联策略：通过偶氮类交联剂引入，使材料获得>850%的超高延展性，并在150%应变下保持90%以上的弹性回复率，媲美传统橡胶；（3）定向掺杂策略：通过选择合适的掺杂剂定向扩散，促进半导体纳米纤维高效掺杂，同步提升了电导率和塞贝克系数，并呈现出独特的应变电导率提升特性。更重要的是，他们发现通过共混结构，包裹在半导体纤维外的绝缘橡胶可以增强界面传播子散射，显著降低热导率。最终，不仅提升了材料力学性能，也大幅提升了其热电性能，在300 K下，获得了热电优值（ZT）达0.49的N型热电材料，性能接近甚至超越现有柔性/塑性无机热电材料。基于此，团队构筑了首个弹性热电发电机模块，在人体运动过程中仍可紧密贴附于皮肤，实现人体热能持续收集和转化，有望用于驱动低功耗可穿戴电子设备与生物传感器。