生物启发式的3D BP掺杂Bi2Te3/水凝胶复合薄膜：用于可穿戴能量收集的超高效柔性热电发电机

《Journal of the American Ceramic Society》：Bioinspired 3D BP-doped Bi2Te3/hydrogel hybrid films: Ultra-efficient flexible TEGs for wearable energy harvesting

柔性热电材料高效能制备：黑磷掺杂Bi2Te3与仿生3D水凝胶协同实现高优值系数(zT=0.7)和优异机械性能

　　

摘要

能够高效将人体低品位热量转化为电能的柔性热电材料对于自供电可穿戴电子设备至关重要，但由于高能量转换效率、机械韧性和环境适应性之间的矛盾需求，这类材料至今仍难以实现。本文提出了一种将黑磷（BP）掺杂的Bi₂Te₃与仿生3D水凝胶相结合的协同集成方法，制备出一种兼具优异热电性能和高度柔性的复合薄膜。黑磷（BP）的掺杂在Bi₂Te₃中实现了载流子与声子的协同调控，使其热电优值（zT）在300–480 K的温度范围内提升至0.7，比未经掺杂的Bi₂Te₃高出40%。同时，水凝胶的仿生结构赋予了该材料出色的机械耐久性、良好的皮肤贴合性以及良好的隔热性能，从而能够承受工作过程中的温度变化。这种可穿戴热电发电机的开路电压（OCV）为275 mV，功率密度（P_D）为23.1 mW/cm²，属于基于柔性Bi₂Te₃材料的超高热电效率水平。这项研究为可穿戴热电技术建立了一个可扩展且环保的平台，展示了通过协同掺杂工程和纳米结构设计来提升材料效率的潜力，有望推动下一代自主健康监测设备及物联网生态系统的快速发展。